Minkewicz,Justyna,Jones,Gareth M.,Ghannizadeh,Shaghayegh,Bostonchi,Samira,Wasely,Thomas J.,Yamini,Yamini,Aminorroya和Nekouie,Vahid,Vahid(2023)。固态电解质的大规模制造:挑战,进度和前景。[文章][文章][文章]
固态电解质(SSE)是固态锂电池中的重要组成部分,对能源储能应用具有很大的希望。本综述提供了固态电池(SSB)的概述,并讨论了电解质的分类,重点是与氧化物和硫化物基于SSE相关的挑战,尤其是关于接口和化学稳定性的挑战。本评论还探讨了在大规模制造中形成和烧结SSE的方法,包括生产基于氧化物和硫化物的密集薄膜的已建立和新技术。此外,还讨论了添加剂制造(AM)在SSE生产中的潜在应用。最后,本文总结了SSE的大规模制造,并为可持续的SSB开发目标提供了前景。本综述中提供的见解有助于SSE技术对固态锂电池的理解和进步
提高充电电压并采用高容量的阴极(如锂钴氧化物(LCO))是扩大电池容量的有效策略。高压将揭示主要问题,例如电解质的低界面稳定性和弱电化学稳定性。从物质基因工程设计的角度设计高性能固体电解质至关重要。在这种情况下,构建了稳定的SEI和CEI界面层,并通过聚合物分子工程产生了4.7 V高压固体共聚物电解质(PAFP)。As a result, PAFP has an exceptionally broad electrochemical window (5.5 V), a high Li + transference number (0.71), and an ultrahigh ionic conductivity (1.2 mS cm − 2 ) at 25 ° C. Furthermore, the Li||Li symmetric cell possesses excellent interface stability and 2000 stable cycles at 1 mA cm − 2 .LCO | PAFP | LI电池在1200个周期后具有73.7%的保留能力。此外,它在高充电电压为4.7 V时仍然具有出色的循环稳定性。上面的这些特性还允许PAFP在高负载下稳定运行,显示出极好的电化学稳定性。此外,提出的PAFP提供了对高压抗性固体聚合物电解质的新见解。
摘要:对两种不同类型的电解质(共溶剂和多盐)进行了测试,以用于高压 LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4 || Si/石墨全电池,并与含碳酸盐的标准 LiPF 6 电解质(基线)进行了比较。在电池的使用寿命内对阳极和阴极进行原位事后 XPS 分析表明,基线电解质的 SEI 和 CEI 不断增长。在共溶剂电解质中循环的电池表现出相对较厚且长期稳定的 CEI(在 LNMO 上),而确定在 Si/石墨上形成了缓慢增长的 SEI。多盐电解质提供更多富含无机物的 SEI/CEI,同时也形成了本研究中观察到的最薄的 SEI/CEI。在基线电解质电池中发现了串扰,其中在阴极上检测到 Si,在阳极上检测到 Mn。观察发现,多盐电解质和共溶剂电解质均能显著减少这种串扰,其中共溶剂最有效。此外,多盐电解质主要在使用寿命末期检测到铝腐蚀,其中阳极和阴极上均有铝。虽然共溶剂电解质在限制串扰方面提供了更优越的界面性能,但多盐电解质提供了最佳的整体性能,这表明界面厚度比串扰发挥了更好的作用。结合它们的电化学循环性能,结果表明多盐电解质为高压电池提供了更好的电极长期钝化。关键词:LNMO-Si/石墨电池、固体电解质界面、SEI、阴极电解质界面、CEI、表面分析、离子液体电解质
当前的能量和移动性转化,在很大程度上依赖电动汽车(EV)和可再生能源需要电池。锂离子电池是重塑我们的运输系统的主要候选者。尽管已经主导了电动汽车市场的能源储能组件,但锂离子电池仍存在与易燃液体电解质有关的安全问题。此外,它们接近达到最大能量密度。替代电池技术,更安全且能够存储更多的能量,因此引起了极大的兴趣。一个突出的例子是使用陶瓷或聚合电解质及其复合材料的固态电池。本文探讨了内部处理和表征技术,以研究所有固态锂电池的无机电解质的过程,并提高无机电解质的性能。无机电解质是具有高离子电导率的固体,可以使具有高功率和能量密度的安全电池。但是,在达到商业化之前,需要克服许多挑战。进步与了解控制离子传输的属性有关。本文的一个焦点是用硼酸处理电解质材料Li 7 La 3 Zr 2 O 12(LLZO)。这种表面处理似乎可以应对有害的Li 2 CO 3的形成,因此,均针对烧结的陶瓷电解质颗粒和LLZO粉末进行了探索。分别通过分析对烧结的影响以及在聚合物电解质矩阵中实施粉末时分别评估了该策略。与酸接触,LLZO形成了一个对电导率有益影响的Libo 2层。对于llzo粉末,酸处理在烧结后产生了有希望的谷物结合的固体。掺入聚合物电解液中时,较高的离子电导率表明Libo 2层对聚合物陶瓷接触的有益作用。另一个有希望的无机电解质是Li 1+X Al X Ti 2-X(PO 4)3(LATP),其易于处理和高电导率被其不稳定性与锂金属所遮盖。作为保护LATP材料的一种策略,它已插入不同的聚合物电解质矩阵中。虽然复合材料通常在材料之间表现出较差的协同作用,但对于多种植者来说,有一些令人鼓舞的结果,尤其是高转移数量。总而言之,这些结果为了解如何使用陶瓷电解质制造功能性的全州电池提供了一步,以及在陶瓷和复合电解质中量身定制表面的重要性。
这项工作通过开发氟化和塑性晶体嵌入弹性电解质 (F-PCEE) 展示了固态锂金属电池 (LMB) 的低温操作。F-PCEE 是通过聚合物基质和塑性晶体相之间的聚合诱导相分离形成的,在 -10°C 时提供高机械应变 (≈ 300%) 和离子电导率 (≈ 0.23 mS cm − 1)。值得注意的是,两相之间的强相分离导致锂 (Li) 盐在塑性晶体相内的选择性分布,从而实现低温下优异的弹性和高离子电导率。 Li/LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 全电池中的 F-PCEE 在 -10 °C 和 -20 °C 下分别保持 74.4% 和 42.5% 的放电容量,而 25 °C 下则相反。此外,全电池在 -10 °C 下经过 150 次循环后容量保持率为 85.3%,截止电压高达 4.5 V,是已报道的低温 LMB 固体聚合物电解质中循环性能最高的之一。这项工作将 F-PCEE 在 -10 °C 下延长的循环寿命归因于其出色的机械稳定性以抑制锂枝晶的生长和形成优异的富 LiF 中间相的能力。这项研究建立了弹性电解质的设计策略,用于开发在低温和高电压下工作的固态 LMB。
r m/tot,r a/tot,r h/tot rt e g能量带隙 + +组的振动范围 + +组的热量 + v f.u,v m,v m,v m,v a,v tot量的每个配方量,每个配方单位,移动离子离子,anion and atm
摘要:用于固态钠(NA)电池的复合固体聚合物电解质(CSP),由于其高模量,良好的机械性能和相对于液体电解质的总体安全性而具有吸引力。重要的CSPE特性(例如结晶度和离子电导率)与填充材料的物理化学特征紧密相关。在这项工作中,我们研究了2D六角硼(2D H-BN)含量如何在聚(氧化乙烷)(PEO)基于Na-ion的CSPE中使用NANO 3作为模型盐进行Na-ion传导的聚(PEO)CSPES中的流动聚合物结晶度和离子电导率。使用X射线差异(XRD),差异扫描量热法(DSC)和电化学阻抗光谱镜(EIS),我们发现聚合物结晶度在H-BN浮动的存在中会增加,而总离子电导率相对降低了相对降低的样品。量子机械DFT计算揭示了H-BN与两个离子盐的两个离子结合的能力,更强烈地与Na +阳离子结合,迄今为止,在基于Na的聚合物电解质的情况下尚未报道。这项工作中的实验和计算效果的组合提供了关键的物理见解,以了解填充剂的几何特征和化学特征(即刘易斯酸度和刘易斯碱度)在CSP的设计中用于Na-ion传导。
气候变化是当今全球问题。气候变化的主要原因之一是温室气体,自工业革命以来,其数量一直在增加(Clabeaux等,2020;Coşkun&Doğan,2021年)。据指出,对温室气体排放贡献最大的活动是私人部门(铁或钢的生产和水泥熟料的生产等。),众所周知,诸如焚化厂和水处理厂等公共设施释放了大量的温室气体(Bani Shahabadi等,2009)。最近,众所周知,水处理厂消耗了大量的电力和化学物质,导致了大量的CO 2排放(Rothausen&Conway,2011年)。尽管饮用水处理厂的CH 4和N 2 O比废水处理厂的排放量要小得多,但每年的温室气体排放量不能忽略(Kyung等,2013)。在不久的将来,治疗厂可能会严格受到方案的监管和控制。因此,必须迅速减少水处理厂的CO 2排放。
摘要:使用三价ERBIUM(ER 3+)的使用,通常嵌入固态中的原子缺陷,在电信设备中广泛采用作为掺杂剂,并显示出基于自旋的量子记忆的量子记忆,以实现量子通信。尤其是其天然电信C波段光学转变和自旋 - 光子接口使其成为集成到现有光纤网络中的理想候选者,而无需量子频率转换。然而,成功的缩放需要具有固有核自旋的宿主材料,与半导体铸造工艺的兼容性以及与硅Pho-Pho-Photonics的直接整合。在这里,我们使用铸造型原子层沉积过程呈现二氧化钛(TiO 2)在硅底物上的薄膜生长,并在ER浓度上具有广泛的掺杂控制。即使在氧气退火后生长的膜是无定形的,它们也表现出相对较大的晶粒,并且嵌入的ER离子表现出来自氧化酶TiO 2的特征性光学发射光谱。至关重要的是,这种生长和退火过程保持了纳米光整合所需的低表面粗糙度。最后,我们通过evaneScent耦合与高质量的Si纳米腔腔接头,并展示了其光学寿命的大型purcell增强(≈300)。我们的发现表明,将ER掺杂材料与硅光子学集成在一起的低温,非破坏性和底物独立的过程。关键字:原子层沉积,纳米光子学,稀土离子,Purcell增强,量子记忆F在高掺杂密度下,该平台可以实现集成的光子组件,例如片上放大器和激光器,而稀释浓度可以实现单个离子量子记忆。