固態鋰金屬電池（SLMB）的案例
北科大《AFM》：一種用于固態鋰金屬電池的高壓電解質！
（SLMB）。
密歇根大學列出鋰金屬固態電池的主要問題 以推動其商業化發展
與鋰離子電池不同，鋰金屬固態電池不需要使用笨重的電池管理系統，來維持耐久性或降低著火風險。減少電池管理系統的質量和體積，或完全不使用這種系統，將如何影響固態電池的性能和耐久性？
為了使鋰金屬與陶瓷電解質保持恒定接觸，需要使用額外的器件，這是否會影響電池組性能？
密歇根大學的研究人員表示，為了推動鋰金屬電池發展，需要進行嚴格的測試和數據分析，并保證研究透明度。“在這種情況下，我們強調，必須使用一致的測試協議和數據分析方法，以汽車制造商和其他行業伙伴提出的實際輸入和設計標準為指導，進一步了解這些系統的機械性能。”
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展開 雜化動態共價網絡用作鋰金屬電池保護層和固態電解質
來源 | 高分子科學前沿
鋰(Li)金屬電極由于其超高的理論比容量(3860mAh g
-1)和最低的電化學電位(-3.040 V vs標準氫電極)，可以滿足下一代儲能系統的能量密度要求。然而，鋰金屬電池(LMB)的商業化有兩個嚴重的問題：不可控的鋰枝晶生長問題和不穩定的固態電解質界面(SEI)問題。(1)由于循環過程中負極側不均勻的鋰沉積，不可控的鋰枝晶生長會導致電池庫侖效率(CE)低、內部短路甚至失效(圖示1a)。(2)鋰金屬與有機電解質反應形成的本征SEI膜具有機械脆性，無法適應較大的體積變化。這種本征SEI層破裂后，暴露在外的金屬Li與有機電解質之間繼續發生副反應，導致SEI更厚，電池循環穩定性降低。為了解決上述問題，研究人員已經嘗試了許多策略來穩定鋰金屬電極，其中，構建具有綜合柔韌性、高效離子導電通道和機械魯棒性的保護層是實現穩定、無枝晶鋰金屬電極的有效途徑。此外，開發具有上述特性的固態電解質可以消除液態LMB固有的低安全性和低性能問題。
動態聚合物網絡具有獨特的適應性、自愈性和可回收性，近年來在能源相關應用中得到了廣泛關注。其自適應行為可以適應Li負極在循環過程中的體積變化。聚合物電解質/保護層的自愈性可以自動修復機械損傷，恢復聚合物電解質/保護層的功能，從而提高LMB的循環穩定性。根據動態鍵的類型，動態聚合物網絡可分為動態物理網絡和動態共價網絡。后者，通常被稱為“類玻璃體”，在室溫下它們類似于傳統的熱固性材料，而由于可逆化學鍵的動態性質，其在熱/光等外部刺激下具有延展性和可回收性。相比之下，動態共價網絡具有機械穩定性和耐溶劑性的優勢，在電池應用中，特別是作為保護層，至關重要。迄今為止，人們一直致力于開發基于動態共價網絡的固態聚合物電解質(SPE)，以提高其在LMB中的電化學性能。
展開 重大《ACS AEM》：高能量密度鋰金屬電池用混合準固態電解質！
聚環氧乙烷型固態電解質的基本結構是聚環氧乙烷鏈與鋰離子絡合，將鋰離子與反陰離子分離，這種結構通過類似于液態電解質的溶解機制支持聚環氧乙烷中鋰鹽的溶解，
因此，人們一直致力于提高聚環氧乙烷型固態電解質的電導率并降低其工作溫度。
在此，為了解決聚環氧乙烷電解質的低離子電導率問題，作者首次提出了一種獨特的混合準固態電解質設計，用于高能量密度鋰金屬電池。混合設計包括硅離子凝膠與聚環氧乙烷鏈絡合以及Li6.5Mg0.05La3Zr1.6Ta0.4O12活性納米填料的分散，復合混合設計不僅產生高離子導電性，而且有效限制了鋰枝晶的生長。4V準固態鋰金屬電池由混合準固態電解質、鋰金屬負極和NCM523正極構成，其放電容量為124mAhg?1，以0.1C的電流密度在55℃的高溫下循環50周后，容量保持率為61.4%。
總之，作者報道了一種新型鋰電池準固態電解質，其采用三種材料復合混合設計。混合準固態電解質具有優良的離子導電性能，在25℃時電導率為7.42×10?4 S cm?1，35℃時電導率為1.3×10?3 S cm?1，且電子電導率低，電化學穩定窗口寬。同時，作者證明了復合混合準固態電解質對鋰枝晶的生長有顯著抑制作用，準固態Li∥LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2和Li∥LiFePO4電池采用了這種復合混合準固體電解質。這項研究表明，聚合物、無機陶瓷導體和離子凝膠的集成為探索鋰金屬電池新型電解質提供了一種選擇。
展開 
助力高鎳正極全固態鋰金屬電池
（SSEs）是實現高能量密度固態鋰電池的關鍵。
索爾維向鋰金屬電池公司Sepion投資 實現鋰金屬電池商業化
蓋世汽車訊 據外媒報道，索爾維風險投資基金索爾維風投（Solvay Ventures）對電池初創公司Sepion進行投資。Sepion總部位于加利福尼亞，專門為采用鋰金屬陽極和液體電解質的電池提供先進隔膜。該公司在此輪投資中共獲得1600萬美元，由Fine Structure Ventures領投，其他氣候技術投資者參投。Sepion將使用此筆資金加速實現鋰金屬電池的商業化，以用于遠程和低成本電動汽車。
（圖片來源：索爾維）
鋰金屬電池的能量密度很高，因此廣受電動汽車市場的歡迎。但由于枝晶生長，該電池很快就會失效，從而無法具有較長的生命周期。基于創新的聚合物隔膜，Sepion的技術可以阻止枝晶生長。
Sepion將當前鋰離子制造基礎和液體電解質優勢相結合，其技術可以更好地被采用。作為鋰離子電解質添加劑方面的領導者，索爾維可對Sepion核心技術實現專業知識的互補，索爾維增長計劃總裁Mike Finelli表示：“這正是我們電池平臺的使命，通過向Sepion投資，我們將加速實現更安全、更高性能和更可持續的電池。”
早前，Sepion開發出一種納米多孔聚合物膜，可提高鋰金屬負極的性能，有望使EV續航里程增加40%，成本降低20%，并提高安全性。
Sepion的當前產品是由膜和鋰金屬陽極組成的鋰電極子組件（LESA），旨在與現有鋰離子制造基礎設施集成，從而降低市場采用障礙。
上述集成可通過混合鋰金屬電池設計實現，其中由Sepion隔膜保護的固體鋰金屬陽極與傳統金屬氧化物陰極和液體電解質配對。
展開 ：固態電池中，固態電解質解決鋰枝晶問
【引言】
最近幾年，高能量電池的技術的發展，導致鋰離子電池負極材料的性能研究的緊迫。但是，鋰離子電池的循環性能較差、效率較低和鋰枝晶生長引發的安全問題。采用固態電解質（SSEs）抑制枝晶鋰生長是一項非常重要的工作。然而，大電流密度下，鋰枝晶容易生成，所以了解SSEs中鋰枝晶的生長機制尤為重要。本文通過研究兩種不同固態電解質各自和鋰之間形成的膜，找到了膜對鋰枝晶形成及生長的影響機理。
【成果簡介】
近日，美國阿肯色大學／西北太平洋國家實驗室的肖婕和華盛頓大學的楊繼輝等人，利用Li6.1Ga0.3La3Zr2O12（LLZO）和NASICON型Li2O-Al2O3-P2O5-TiO2-GeO2（LATP）顆粒作為隔板，通過SSEs研究和比較了進行Li枝晶生長的形成和生長。Li和SSEs之間的固體電解質界面（SEI）類界面層，在緩解樹枝狀Li的生長中起關鍵作用，為SSEs和Li金屬之間的界面提供了新的見解，促進了固態電池的發展。相關成果以“The Role of Solid Electrolyte Interphase Layer in Preventing Li Dendrite Growth in Solid-State Batteries”為題發表在Energy & Environmental Science上。第一作者為阿肯色大學的吳冰斌博士和華盛頓大學的王善禹博士。
【圖文導讀】
圖 1 對稱鋰離子電池的循環性能圖
（a）室溫下，對稱Li/LLZO/Li電池的循環性能圖；
（b）室溫下，對稱Li/LATP/Li電池的循環性能圖。
展開 Sakuú公司3D打印3Ah鋰固態電池
導讀：固態電池是被廣泛認可的下一代電池技術，目標是解決新能源車對安全性與長續航的需求。因為安全性和能量密度方面的優勢，固態電池非常適合消費、航空航天、移動和許多其他應用。隨著3D打印技術向能源領域的拓展，新型固態電池制造技術逐漸從概念轉變為現實。
△多材料噴射技術
南極熊獲悉，自動化多工藝增材制造 (AM) 領導者Sakuu Corporation（前身為 KeraCel Inc.）于2021年7月28日宣布，已開發出一種3Ah鋰固態電池 (SSB)，性能等同于或優于當前的鋰電池。Sakuú計劃在2021年第三季度末和第四季度的向合作伙伴提供電池樣品。
△Sakuu的第一代固態電池。圖片由Sakuu提供。
Sakuú一直在開發第一代SSB電池技術及旗艦增材制造平臺，據稱平臺使用多材料粘合劑噴射工藝，并將于2021年年底投入商業使用。第一代電池包括30個子電池，使用鋰金屬和陶瓷隔板。另外，電池設計使用當前行業標準陰極材料（未來或許會使用支持更高電壓的陰極材料），可產生高達25%的能量。
△多材料多工藝3D打印平臺
Sakuú首席執行官兼創始人Robert Bagheri表示，公司開發了第一代SSB，以證明電池技術在 Sakuú 1000 先進3D打印平臺的可行性。他還補充說，在過去一年里，公司將電池能量容量提高了100倍，體積能效提高了12倍以上，并計劃在2022年初開始批量生產電池，滿足戰略合作伙伴需求。
固態電池3D打印現在已經成為增材制造在能源領域發展的風向標，各家公司都在努力奪取這塊“高地”。2021年5月，Sakuú宣布了新型工業級3D電動汽車電池打印機，高調進軍能源市場。一個月之后，又公開三項專利，進一步完善技術。
展開 剪斷了還能通電的電池來了！國內首條固態鋰電池產線在昆山建成投產
11月19日，第二屆鋰電池技術與產業發展論壇在昆山舉行。記者從論壇上獲悉，國內首條固態鋰電池產線已于11月份在昆山建成投產，并推出了第一批固態鋰電池產品。
固態鋰電池摒棄了易燃易爆的危險化學品——電解液，具有能量密度高、安全可靠、可實現柔性/微型化等特點。即使對電池進行針刺、剪切、擠壓、重物沖擊等各種物理破壞均不會出現冒煙、起火、爆炸的安全事故，滿足特殊應用場景的高安全需求。
固態電池是目前學術界和產業界公認的下一代鋰電池發展方向，包括豐田、東芝、蘋果以及寶馬、奔馳、大眾等國際知名企業都在這個領域有所布局。清陶(昆山)能源發展有限公司脫穎而出，成功研發高安全高能量密度固態鋰電池技術，并率先建成固態電池產線，成為行業領跑者。
隨著固態電池技術的進一步提升，清陶將根據市場需求不斷推進技術演進，目前已與多家大型車企開展合作，對于固態電池裝備整車有了明確的路線圖，預計在2020年能夠滿足車企在動力電池方面的需求，為其提供電池方案。
（來源：江蘇廣電融媒體新聞中心 作者：耿昊東 郭彧）
展開 鋰電池的圣杯：崔屹課題組揭示金屬鋰在二次電池中的循環機理
剝離過程中鋰的極化行為
本文的機理分析清晰地指出了鋰負極進一步優化的若干可能策略，包括最小化界面空隙，提高SEI層的離子導電性，改善鋰負極的制造工藝以減少非均一性等。
點評
馬里蘭大學莫一非教授向知社介紹：
實現可循環的鋰金屬電極一直被認為是鋰電池的圣杯，也是實現下一代高能量密度充電電池的關鍵。如何有效的沉積鋰金屬而不導致鋰枝晶的生長是一個十分重要而又懸而未決的問題。盡管文獻中報道了許多的實驗嘗試，但鋰金屬沉積和剝離的機理仍不清楚。
崔屹老師這組工作系統表征了不同的電解液以及各個因素對鋰金屬沉積和剝離的影響。Shi（2017）發現在不同條件下沉積的鋰金屬有著顯著不同的晶向和織構，會對沉積的鋰金屬形貌以及電化學性能有很大影響。這個發現揭示了鋰金屬的原子結構與形貌性能之間存在的關聯，對進一步理解鋰金屬沉積的機理以及最終實現可控的鋰金屬沉積有重要的意義。而Shi（2018）進一步揭示了鋰金屬通過固態電解質膜（SEI）的剝離機制，指出了SEI膜的結構與性質對于鋰金屬剝離的重要影響。這個發現對通過優化SEI來提高鋰金屬電極性能有重要的啟示。
這兩篇文章對于理解鋰金屬沉積和剝離的機理和進一步的鋰金屬電極研究有十分積極的意義和啟發。尤其值得借鑒學習的是在電化學測試的基礎上結合系統仔細的表征工作來提升對機制的理解。這組工作也為進一步通過理論計算揭示鋰金屬沉積剝離的原子級尺度機制提供了重要的實驗參考。
來源：知社學術圈
展開 《Nature》子刊：核磁共振測量全固態電池界面涂層鋰離子擴散！
作為一種無電解液體系，它不存在傳統使用有機溶劑電解液的鋰離子電池的泄漏和產氣所產生的熱失控風險。因此，電池安全性的研究偏向使用固體電解質。目前固態電解質顯示出的電導率已經接近并超過液態電解質。如鋰超離子導體（LISICON），硫銀鍺礦型，石榴石型和鈉超離子導體（NASICON）型結構。但是，以上固態電解質的發展仍然面臨一個關鍵挑戰就是在設計電極與電解質的界面方面，需要將電化學和機械穩定性與快速的鋰離子傳輸相結合。一方面此界面層需要最大化傳輸電流，另一方面也需減少此界面層的副反應和提升整體電池穩定性。
基于此，荷蘭代爾夫特理工大學SwapnaGanapathy和MarnixWagemaker探索了在正極混合物中Li2S電極，LiI涂層與硫銀鍺礦型Li6PS5Cl固體電解質之間的多相Li+的平衡通量。旨在了解涂層在固態電池中對鋰離子傳輸中所起的作用。通過NMR區分固態6Li在Li2S電極、LiI涂層和硫銀鍺礦型Li6PS5Cl固體電解質中所處的環境，來評估涂層對Li+擴散的影響。具有延展性的LiI降低了晶界向Li2S(電極)和Li6PS5Cl(電解質)兩相擴散的勢壘，以至于薄的LiI涂層的導電性占主導地位。
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同時解決兩個瓶頸，實現高能量密度全固態鋰電池
電解質的離子導電性及其與電極的界面相容性是決定所有固態電池電化學性能的兩個關鍵因素。要獲得性能良好的全固態電池，同時展示出色的離子導電性和兼容的電解質/電極界面是一項巨大的挑戰。
來自中國科學院青島生物能源與過程研究所等單位的研究人員通過在自支撐三維多孔鍍銀鋰(Li6PS5Cl)骨架內原位聚合聚乙二醇甲醚丙烯酸酯，這兩個瓶頸被同時成功解決。相關論文發表在Advanced Functional Materials。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202101523
通過這種集成策略設計的具有4.5 V LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2陰極材料的固態鋰金屬電池在室溫下顯示出超過99%的高庫侖效率。固態核磁共振數據表明，Li+主要沿連續的Li6PS5Cl相進行遷移，導致室溫電導率為4.6×10-4S·cm-1，比相應聚合物的電導率高128倍。同時，劣質固體-固體電解質/電極界面通過原位聚合集成，顯著降低界面電阻。因此，這項研究提供了一個非常有前途的固體電解質設計策略，以同時滿足高離子電導率和良好的界面相容性，從而實現高能量密度全固態鋰電池。
圖1|帶有3D硫化物骨架的原位集成ASLB示意圖。
圖2| p-LPSCl的結構分析
圖3| 3D復合材料的表征。
圖4|σLi+和不同固體電解質的促進因子。
圖5| Li+在3D復合材料內的遷移行為。
展開 吉林大學于吉紅院士團隊《Nature》：在固態鋰空電池研發方面取得重要進展
日前，吉林大學化學學院、無機合成與制備化學國家重點實驗室、未來科學國際合作聯合實驗室于吉紅院士研究團隊在新型固態電解質及固態電池研發方面取得重要進展，該研究成果以“A highly stable and flexible zeolite electrolyte solid-state Li–air battery”（基于分子篩電解質高穩定柔性固態鋰空氣電池）為題發表在《自然》上（Nature, 2021, DOI: 10.1038/s41586-021-03410-9）。
鋰空氣電池具有超高的理論能量密度，被譽為革命性電池技術。其中，固態鋰空氣電池較傳統的液態鋰空氣電池具有更高的安全性和穩定性。固態電解質是固態電池的關鍵材料。適用于固態鋰空氣電池的固態電解質，除滿足高離子電導率和良好的界面相容性外，還應滿足：對空氣成分穩定，使電池能夠在空氣中運行；抗氧化能力強，以抵抗電池運行過程中產生的具有強氧化能力的氧還原中間體的腐蝕。而常見的無機固態電解質材料，如石榴石、鈣鈦礦、NASICON和硫化物等由于對環境空氣成分或金屬鋰負極不穩定，不能滿足固態鋰空氣電池實際運行的要求。更嚴重的是，常用固態電解質較高的電子電導率使金屬鋰易在電解質內部成核和生長，導致電池短路進而引發安全事故。兼具高穩定性和高環境適應性的固態電解質材料的缺乏嚴重制約了固態鋰空氣電池的發展和應用。
展開 交錯組裝碳納米管制備超高比容量鋰金屬負極用于鋰氧電池
【研究背景】
隨著現代電子設備、電網存儲和電動汽車的快速發展，對高能量密度電池的需求變得比過去任何時候都更加緊迫。鋰-氧電池具有超高的理論能量密度，而被認為是下一代電力系統的主力軍，但目前仍無法在保持高能量存儲能力的同時保證鋰負極的安全性和循環效率。目前為解決這些問題，一方面是嘗試在鋰金屬表面制備保護膜以提高鋰/電解質界面的穩定性；另一方面則是探索合金鋰負極如鋰化硅和鋰/石墨烯復合物來代替金屬鋰。然而，這兩種方法都需要引入電化學惰性或低容量的第二組分，大大降低活性鋰的負荷量和利用率，導致了低比容量，這與研究高能量密度的Li-O2電池的初衷背道而馳。因此，急需研究可以保持高比容量的同時提高安全性和循環效率的電池系統。
【成果簡介】
近日，復旦大學彭慧勝教授團隊為克服這一挑戰，將取向碳納米管交叉堆疊成多孔網絡，用于形成超高容量的鋰負極。該新型負極具有高達3656 mAh/g的可逆比容量，接近純鋰的理論容量3861 mAh/g。當該負極用于鋰氧全電池時，由于無枝晶產生和穩定的固體電解質界面，循環穩定性顯著提高。這項工作通過設計一維導電納米材料的交叉堆疊和對齊結構，推進了高性能鋰-氧電池向實際應用的發展。該成果近日以題為“Stabilizing lithium into cross-stacked nanotube sheets with ultra-high specific capacity for lithium oxygen battery”發表在知名期刊Angew. Chem. Int. Ed上。
展開 鈉金屬和鋰金屬電池快充/快放機理對比
研究表明，作為鋰金屬負極的低成本替代材料，鈉金屬負極在高能量電池中的應用越來越受到關注。鈉金屬電池充/放電電流密度通常小于3mA/cm。隨著充放電倍率的增加而導致的容量減少具有動力學起源，當電流密度降低時可以恢復。盡管已經為提高鈉金屬電極的可逆性和循環壽命進行了廣泛的研究，但它們的倍率性能，即高電流下鈉金屬的沉積/剝離，尚未得到充分探索。
【成果簡介】鑒于此，美國耶魯大學王海梁教授和賓夕法尼亞大學Joseph S. Francisco教授（共同通訊作者）報道了鈉金屬電極，與更廣泛研究的鋰金屬電極可承受高達20 mA/cm的高電流密度不同，其不能在普通醚類電解液中快速充/放電。快速充電，即金屬沉積，會因電解液分解產生非活性Na(I)；快速放電，即金屬剝離，會因局部Na剝離導致電極與集流體電接觸不良。雖然快速充電容量損失是永久性的，但快速放電造成的容量損失可以通過在低放電電流下進行恢復。此外，本文進一步揭示了Na金屬電極差的倍率性能與Na本身物理化學性質有關。這項研究描繪了Na在快速沉積/剝離中受到限制的機制起源。相關研究成果“Mechanistic Insights into Fast Charging and Discharging of the Sodium metal Battery Anode: A Comparison with Lithium”為題發表在J. Am. Chem. Soc.上。
【核心內容】一、鋰和鈉金屬電極之間倍率性能差異本文研究了鋰和鈉金屬電極在醚類電解液中的快速充/放電行為，并揭示了這兩種金屬之間的倍率性能差異（圖1）。鋰金屬電極在高達20 mA/cm的高電流密度范圍內表現出可逆充/放電。相反，當電流>2 mA/cm時，Na金屬電極不能完全充/放電。
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