固體電解質(zhì)
關注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2021-10-27
固體電解質(zhì)的視頻教程
基于Aspen dynamic 的含有固體電解質(zhì)工藝系統(tǒng)仿真
介紹基于Aspen Plus和Dynamic的工藝仿真 介紹化工中的動態(tài)控制方法及參數(shù)整定 介紹Aspen dynamic的使用方法 含有固體電解質(zhì)的動態(tài)模型搭建 濕法煙氣脫硫動態(tài)工藝仿真
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固體電解質(zhì)的實例教程
【引言】
固態(tài)電池在安全性和穩(wěn)定性方面具有十分明顯的優(yōu)點，但是這些電池所采用的固體電解質(zhì)通常導致電池的高電阻。諸如石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZ）之類的固態(tài)鋰導體由于這些材料具有非常良好的電化學性能已經(jīng)引起了其作為用于固態(tài)鋰電池的電解質(zhì)的廣泛關注。它們通常是安全的不可燃材料，不同于傳統(tǒng)鋰離子電池電解質(zhì)中使用的揮發(fā)性碳酸酯溶劑和活性鋰鹽，這些電解質(zhì)已知是這些電池可能著火的主要原因。由于鋰枝晶的存在，在具有液體電解質(zhì)的常規(guī)鋰電子電池中，鋰枝晶會刺穿隔膜導致短路，而在固態(tài)電解質(zhì)中，不存在此問題。然而，固體電解質(zhì)商業(yè)化的主要障礙是電池阻抗過大，這是由于固態(tài)電解質(zhì)自身高的阻抗和電極-電解質(zhì)接觸不良引起的界面阻抗兩方面的貢獻。液體電解質(zhì)可以潤濕電極表面，但固體電解質(zhì)不能，這極大地限制了電極和電解質(zhì)之間的接觸面。所以設計新的電解質(zhì)-電極結(jié)構(gòu)對于固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)是至關重要的。
【成果簡介】
近日，美國馬里蘭大學的胡良兵教授和Eric D.Wachsman教授（共同通訊作者）通過3D打印技術(shù)制造了Li7La3Zr2O12固態(tài)電解質(zhì)。研究人員使用獨特的石榴石油墨，印刷和燒結(jié)了可能結(jié)構(gòu)的樣本，揭示了薄且非平面的僅由LLZ固體電解質(zhì)組成的復雜結(jié)構(gòu)。3D印刷對稱的Li|LLZ|Li電池的面積比電阻在電化學循環(huán)測試中很低，使用3D打印技術(shù)進一步研究和優(yōu)化電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)可以使得固態(tài)電池的全單元面積比電阻顯著降低，同時使得電池的能量密度和功率密度更高。在這項工作中，可以使用更多的設計和結(jié)構(gòu)。 所報道的墨水配方可以很容易地修改為與其他固體電解質(zhì)或陶瓷材料一起使用，可以擴展到其他相關領域中去。相關研究成果“3D-Printing Electrolytes for Solid-State Batteries”為題發(fā)表在Advanced Materials上（第一作者Dennis W.
展開 新工廠將擴大全固態(tài)電池關鍵材料的產(chǎn)能，包括每年生產(chǎn)多達30公噸的硫化物基固體電解質(zhì)材料，比目前的產(chǎn)能增加了25倍。
（圖片來源：Solid Power）
這座新工廠占地約75,000平方英尺，將使Solid Power的總生產(chǎn)面積擴大四倍。新工廠的電解質(zhì)生產(chǎn)是為了直接供應該公司即將投產(chǎn)的全固態(tài)電動汽車電池生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線預計將生產(chǎn)用于汽車認證測試和未來電池組設計的電池。
Solid Power預計將在2022年生產(chǎn)并交付首批100 Ah電池，并在汽車上進行質(zhì)量測試。一旦這批電池完全合格，Solid Power打算與汽車制造商和頂級電池生產(chǎn)商合作生產(chǎn)100Ah全固態(tài)電池，廣泛用于車內(nèi)使用。
Solid Power的首席執(zhí)行官和聯(lián)合創(chuàng)始人Doug Campbell說，“為了繼續(xù)推進Solid Power生產(chǎn)車規(guī)級的電池，我們必須大幅提高其硫化物基固體電解質(zhì)材料的產(chǎn)量，這個新工廠意味著我們朝這個目標邁進了重要的一步。”
從長遠來看，Solid Power計劃出售其硫化物固體電解質(zhì)材料，支持其合作伙伴（包括福特和寶馬）的全固態(tài)電池生產(chǎn)。Solid Power還打算將該材料出售給其他可能不使用該公司獨特的全固態(tài)電池設計的固態(tài)電池生產(chǎn)商。Solid Power正努力在2028年前實現(xiàn)電解質(zhì)材料年產(chǎn)能達到4萬公噸的目標，這可以支持每年生產(chǎn)80萬輛電動汽車。
新工廠也有望進一步擴大Solid Power的研發(fā)和電池測試能力。在Solid Power公司的第三次全固態(tài)電池設計中，預計將開發(fā)新一代電解質(zhì)和轉(zhuǎn)換反應陰極等產(chǎn)品和材料。新工廠預計將在2022年第二季度全面投入使用。
展開 摘要
在文章編號
2100251 中，
印度拉吉夫甘地石油技術(shù)研究所
Umaprasana Ojha
教授
和同事利用
互穿聚合物系統(tǒng) (SNIPSy) 策略的簡單補充網(wǎng)絡開發(fā)了強和超高含水量的水凝膠，作為固體電解質(zhì)實施
，適用于柔性和可充電的水性鋅/鋰電池 適用于海底和其他極端條件，例如低溫、高壓和水下區(qū)域。
相關封面論文以題為
Supplementary Networking of Interpenetrating Polymer System (SNIPSy) Strategy to Develop Strong & High Water Content Ionic Hydrogels for Solid Electrolyte Applications
發(fā)表在《
先進功能材料
》上，同時收錄為封面。
封面圖
參考文獻
：
doi.org/10.1002/adfm.202170190
往期回顧
1.東華丁彬/武大鄧紅兵《ACS Nano》蘆葦葉啟發(fā)的二氧化硅納米纖維氣凝膠，用于耐鹽太陽能海水淡化
2.北化李曉鋒/于中振《AFM》超靈敏壓力/彎曲傳感器雙向冷凍軟而彈性層狀石墨烯氣凝膠的合理設計
版權(quán)聲明：
「
高分子材料科學
」旨在分享學習交流高分子聚合物材料學等領域的研究進展。編輯水平有限
，
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展開 研究發(fā)現(xiàn)雖然LLZO和鋰的界面非常穩(wěn)定，但是枝晶鋰很容易沿著相界面和LLZO的缺陷／空隙處形成和生長,所以基于LLZO的固體電池容易短路。反之，LATP盡管和鋰直接接觸后，會發(fā)生反應，但是兩者反應生成的SEI膜能夠阻礙連續(xù)鋰枝晶的生長、區(qū)域擴展和鋰離子的擴散。這樣基于LATP的固態(tài)電池實效主要是由于電池阻抗增大而斷路，但不會像LLZO固體電池輕易的被短路。過去的分析方法是對循環(huán)LLZO和LATP顆粒，采用DFT模擬確認LLZO和Li界面的穩(wěn)定性，但是LATP中的Ti4 +和Ge4+在與Li的反應過程中部分地減少、形成“SEI”膜，能夠防止鋰枝晶進一步的生長。本文研究了原位鋰和固態(tài)電解質(zhì)的界面（SEI）膜阻礙鋰枝晶生長的作用。如果在穩(wěn)定的LLZO隔膜孔隙里填充痕量的液體電解質(zhì)，這些液態(tài)電解液可以很快和長過來的鋰枝晶反應，生成SEI來抑制鋰的進一步迅速生長（相對于SEI毫無遮擋表面而言），從而延遲短路的到來。文章進一步提出，簡單的用打磨的方法將Si納米顆粒填充LLZO粒料的表面微孔，這些Si也可以和鋰枝晶反應生成類似于SEI的硅鋰合金（輕度嵌鋰），減緩鋰朝前繼續(xù)生長的傾向。并且由于Si和Li的反應是可逆的，LLZO的對稱鋰電池循環(huán)次數(shù)大幅度提高。最重要的是，使用Si填充LLZO隔膜，揭示了LLZO固態(tài)電解質(zhì)和鋰之間的所需要的理想的SEI膜性質(zhì)即可逆性，對消除鋰枝晶不斷生長的重要性，對加速固態(tài)電池發(fā)展具有重要意義。
【團隊介紹】
肖婕同時任職于阿肯色大學和西北太平洋國家實驗室。肖老師在阿肯色大學的課題組，以經(jīng)典電化學方法理解電化學儲能，同時包括醫(yī)療電池和特種電池開發(fā)。肖老師同時也在西北太平洋國家室?guī)ьI團隊致力于下一代鋰電池的研發(fā)。楊老師在華盛頓大學的團隊集中在熱電材料和能源材料的開發(fā)，近年來楊的團隊在合成高性能固體電解質(zhì)方面有很大的進展。
展開 自1993年“聚合鹽型”固體電解質(zhì)被提出以來，對鋰鹽的苛刻要求限制了該電解質(zhì)的設計。
來自北京科技大學等單位的研究人員，以聚(甲基乙烯基醚-α-馬來酸酐)(PME)和新型單離子鋰化聚乙烯醇縮甲醛(LiPVFM)/雙(三氟甲基磺酰亞胺)鋰(LiTFSI)復合鹽(Dual-Li)為基礎，通過超分子策略開發(fā)了一種新型的鹽中聚合物固體電解質(zhì)。雙Li中LiPVFM的羥基與PME中順丁烯二酸酐部分開環(huán)反應生成的羧酸基形成了較強的氫鍵。同時，富含羰基的PME能夠改善聚合物/鹽復合材料中LiTFSI的配位性能。
因此，PME和雙Li的互溶性大大提高對于構(gòu)建一種高離子電導率(3.57×10-4S cm-1)、寬電化學窗口(5V以上)、25°C時鋰離子遷移數(shù)為0.62以及與電極具有良好界面相容性的“鹽中聚合物”固體電解質(zhì)(PEISE)具有重要意義。組裝后的LiCoO2||Li固體電池具有優(yōu)異的高壓循環(huán)性能，225次循環(huán)容量保持率達89.2%。此外，LiNi0.7Mn0.2Co0.1O2||Li軟包電池即使在惡劣的條件下也表現(xiàn)出顯著的安全性。本文的研究為解決固態(tài)電池中使用PISE的高壓兼容性和界面問題提供了一種很有前途的策略。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1002/adfm.202103049
圖1.a)雙Li、PME和PISE在1.0到5.5ppm之間的1H NMR。B)雙Li、PME與去離子水的1H NMR，PISE在11.5-13.0ppm之間。
圖2.a)20°C到80°C之間的PISE和Dual-Li樣品的Arrhenius曲線圖。
展開 
固體電解質(zhì)的相關專題、標簽、搜索
固體電解質(zhì)的最新內(nèi)容
本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質(zhì)變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數(shù)。
本文主要使用SIESTA(第一性原理計算引擎)，介紹了在全固態(tài)電池的固體電解質(zhì)中插入鋰離子到陰極/陽極以及鋰離子擴散所引起的物理性質(zhì)變化的實例。
1．用作陽極的石墨和非晶硅吸收和解吸鋰離子而引起的體積膨脹與收縮、彈性模量和電子態(tài)密度的變化。
2．評估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴散系數(shù)。
紅色聚類出現(xiàn)的關鍵詞：thermal runaway(熱失控)、heat-transfer(傳熱)、optimization(極化)等；綠色聚類出現(xiàn)的關鍵詞：deposition(沉積)、Li metal anode(鋰金屬負極)、electrodeposition(電沉積)、solid electrolyte interface(固體電解質(zhì)界面)等；藍色聚類出現(xiàn)的關鍵詞：Li-ion(鋰離子)、diffusion
使用工業(yè)熱能和固體陶瓷電解質(zhì)的電解槽很難縮放，它們在高溫下會降解，并且平面方形或矩形邊緣的長密封產(chǎn)生了很多泄漏的機會。
但到目前為止，這是想要利用廢熱的工業(yè)場所的唯一選擇之一，否則將需要昂貴的冷卻，以及廢蒸汽，以制造氫或合成碳氫化合物。
CSIRO的研究人員在過去的七年里一直在尋求一種替代方案：為什么不建造只需要兩端密封的管子，來替代扁平的方形電解槽單元呢？
使用這種方法可以用來測量固體電解質(zhì)界面的機械力學性能。膜撓曲的力學理論在S. Timoshenko的書《板殼理論》中有詳細描述，但在這份報告中被跳過了。
圖1 力學行為示意圖
膜的幾何形狀要求其厚度相對于其他尺寸來說足夠小。因此，在這種計算中，模型應具有均勻厚度的二維幾何形狀。然而，自由度應該是三維的，包括垂直方向撓曲。膜的撓曲具有非線性行為特性。
2.典型固體電解質(zhì)的研究進展
固體電解質(zhì)是成功使用可充電 SSLB 的關鍵因素。一般來說，理想的固態(tài)電解質(zhì)應具有可忽略的電子電導率（<10-10 S cm-1）和較高的Li+電導率（>1 mS cm-1）、與電極良好的化學相容性、較寬的電化學穩(wěn)定性窗口、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及易于大規(guī)模制造且成本低廉等特性。
鈉離子電池中的不可逆容量損失的原因主要如下：
①電解液分解形成固體電解質(zhì)界面膜(SEI膜)。鈉離子電池的電解液主要由碳酸酯類溶劑和鈉鹽組成，電解液在低電位下易發(fā)生不可逆分解反應形成SEI膜，從而導致首次庫侖效率降低。對于合金類負極材料，由于其在儲鈉過程中的體積變化劇烈，使得SEI膜在循環(huán)中不斷發(fā)生分裂和重構(gòu)，導致鈉離子消耗進一步增加。
②結(jié)構(gòu)缺陷對鈉離子的捕獲。
，設置電解質(zhì)的熱物理特性
3耦合求解
解耦求解，禁掉二次電流分布，多孔介質(zhì)傳熱。
因此用固體電解質(zhì)代替有機液體電解質(zhì)制備全固態(tài)電池，是解決當前鋰離子電池安全問題的根本途徑。
（一次性電池、可充電電池、超級電容器性能對比）
復陽固態(tài)儲能科技（溧陽）有限公司自主研制的亞毫米薄膜型全固態(tài)二次可充電池(簡稱薄膜全固態(tài)電池)是在傳統(tǒng)可充電鋰電池的基礎上發(fā)展起來的一種新型可充電全固態(tài)鋰電池，關鍵材料主要包括正極、全固態(tài)電解質(zhì)和負極。
