固體電解質(zhì)的案例
Mater：用于固態(tài)電池的3D打印電解質(zhì)
【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(diǎn)，但是這些電池所采用的固體電解質(zhì)通常導(dǎo)致電池的高電阻。諸如石榴石型Li7La3Zr2O12（LLZ）之類的固態(tài)鋰導(dǎo)體由于這些材料具有非常良好的電化學(xué)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(guān)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(huì)刺穿隔膜導(dǎo)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(xiàn)。液體電解質(zhì)可以潤(rùn)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(shè)計(jì)新的電解質(zhì)-電極結(jié)構(gòu)對(duì)于固態(tài)電解質(zhì)的開發(fā)是至關(guān)重要的。
【成果簡(jiǎn)介】
近日，美國(guó)馬里蘭大學(xué)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(dú)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(fù)雜結(jié)構(gòu)。3D印刷對(duì)稱的Li|LLZ|Li電池的面積比電阻在電化學(xué)循環(huán)測(cè)試中很低，使用3D打印技術(shù)進(jìn)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(shí)使得電池的能量密度和功率密度更高。在這項(xiàng)工作中，可以使用更多的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)。 所報(bào)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(kuò)展到其他相關(guān)領(lǐng)域中去。相關(guān)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 全固態(tài)電池開發(fā)商Solid Power將建新工廠 電解質(zhì)材料年產(chǎn)能增加25倍
新工廠將擴(kuò)大全固態(tài)電池關(guān)鍵材料的產(chǎn)能，包括每年生產(chǎn)多達(dá)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(lái)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(kuò)大四倍。新工廠的電解質(zhì)生產(chǎn)是為了直接供應(yīng)該公司即將投產(chǎn)的全固態(tài)電動(dòng)汽車電池生產(chǎn)線，該生產(chǎn)線預(yù)計(jì)將生產(chǎn)用于汽車認(rèn)證測(cè)試和未來(lái)電池組設(shè)計(jì)的電池。
Solid Power預(yù)計(jì)將在2022年生產(chǎn)并交付首批100 Ah電池，并在汽車上進(jìn)行質(zhì)量測(cè)試。一旦這批電池完全合格，Solid Power打算與汽車制造商和頂級(jí)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(shuō)，“為了繼續(xù)推進(jìn)Solid Power生產(chǎn)車規(guī)級(jí)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(gè)新工廠意味著我們朝這個(gè)目標(biāo)邁進(jìn)了重要的一步。”
從長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)看，Solid Power計(jì)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(dú)特的全固態(tài)電池設(shè)計(jì)的固態(tài)電池生產(chǎn)商。Solid Power正努力在2028年前實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)材料年產(chǎn)能達(dá)到4萬(wàn)公噸的目標(biāo)，這可以支持每年生產(chǎn)80萬(wàn)輛電動(dòng)汽車。
新工廠也有望進(jìn)一步擴(kuò)大Solid Power的研發(fā)和電池測(cè)試能力。在Solid Power公司的第三次全固態(tài)電池設(shè)計(jì)中，預(yù)計(jì)將開發(fā)新一代電解質(zhì)和轉(zhuǎn)換反應(yīng)陰極等產(chǎn)品和材料。新工廠預(yù)計(jì)將在2022年第二季度全面投入使用。
展開 《AFM》封面：固體電解質(zhì)應(yīng)用的強(qiáng)和高含水量離子水凝膠
摘要
在文章編號(hào)
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(jiǎn)單補(bǔ)充網(wǎng)絡(luò)開發(fā)了強(qiáng)和超高含水量的水凝膠，作為固體電解質(zhì)實(shí)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(guān)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(jìn)功能材料
》上，同時(shí)收錄為封面。
封面圖
參考文獻(xiàn)
：
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(yáng)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(shè)計(jì)
版權(quán)聲明：
「
高分子材料科學(xué)
」旨在分享學(xué)習(xí)交流高分子聚合物材料學(xué)等領(lǐng)域的研究進(jìn)展。編輯水平有限
，
上述僅代表個(gè)人觀點(diǎn)。投稿，薦稿或合作請(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系編輯。感謝各位關(guān)注！
展開 ：固態(tài)電池中，固態(tài)電解質(zhì)解決鋰枝晶問
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(zhǎng),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(huì)發(fā)生反應(yīng)，但是兩者反應(yīng)生成的SEI膜能夠阻礙連續(xù)鋰枝晶的生長(zhǎng)、區(qū)域擴(kuò)展和鋰離子的擴(kuò)散。這樣基于LATP的固態(tài)電池實(shí)效主要是由于電池阻抗增大而斷路，但不會(huì)像LLZO固體電池輕易的被短路。過去的分析方法是對(duì)循環(huán)LLZO和LATP顆粒，采用DFT模擬確認(rèn)LLZO和Li界面的穩(wěn)定性，但是LATP中的Ti4 +和Ge4+在與Li的反應(yīng)過程中部分地減少、形成“SEI”膜，能夠防止鋰枝晶進(jìn)一步的生長(zhǎng)。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(zhǎng)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(zhǎng)過來(lái)的鋰枝晶反應(yīng)，生成SEI來(lái)抑制鋰的進(jìn)一步迅速生長(zhǎng)（相對(duì)于SEI毫無(wú)遮擋表面而言），從而延遲短路的到來(lái)。文章進(jìn)一步提出，簡(jiǎn)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(yīng)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(zhǎng)的傾向。并且由于Si和Li的反應(yīng)是可逆的，LLZO的對(duì)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(duì)消除鋰枝晶不斷生長(zhǎng)的重要性，對(duì)加速固態(tài)電池發(fā)展具有重要意義。
【團(tuán)隊(duì)介紹】
肖婕同時(shí)任職于阿肯色大學(xué)和西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。肖老師在阿肯色大學(xué)的課題組，以經(jīng)典電化學(xué)方法理解電化學(xué)儲(chǔ)能，同時(shí)包括醫(yī)療電池和特種電池開發(fā)。肖老師同時(shí)也在西北太平洋國(guó)家室?guī)ьI(lǐng)團(tuán)隊(duì)致力于下一代鋰電池的研發(fā)。楊老師在華盛頓大學(xué)的團(tuán)隊(duì)集中在熱電材料和能源材料的開發(fā)，近年來(lái)?xiàng)畹膱F(tuán)隊(duì)在合成高性能固體電解質(zhì)方面有很大的進(jìn)展。
展開 
北科大《AFM》：一種用于固態(tài)鋰金屬電池的高壓電解質(zhì)！
自1993年“聚合鹽型”固體電解質(zhì)被提出以來(lái)，對(duì)鋰鹽的苛刻要求限制了該電解質(zhì)的設(shè)計(jì)。
來(lái)自北京科技大學(xué)等單位的研究人員，以聚(甲基乙烯基醚-α-馬來(lái)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(fù)合鹽(Dual-Li)為基礎(chǔ)，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(yīng)生成的羧酸基形成了較強(qiáng)的氫鍵。同時(shí)，富含羰基的PME能夠改善聚合物/鹽復(fù)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(duì)于構(gòu)建一種高離子電導(dǎo)率(3.57×10-4S cm-1)、寬電化學(xué)窗口(5V以上)、25°C時(shí)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(dá)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 重大《ACS AEM》：高能量密度鋰金屬電池用混合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)！
此外，固態(tài)電解質(zhì)的使用將促成固態(tài)鋰金屬電池，其提供更高的能量密度，而且固態(tài)電解質(zhì)因?yàn)榫哂袑挼碾娀瘜W(xué)穩(wěn)定窗口，可以通過配對(duì)高電位正極材料來(lái)實(shí)現(xiàn)高能量密度電池。
探索具有優(yōu)異離子導(dǎo)電性、寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口、與鋰金屬相容性好和易于加工的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。
在本項(xiàng)工作中，重慶大學(xué)宋樹豐教授團(tuán)隊(duì)將三種材料通過復(fù)合混合設(shè)計(jì)制備得到了一種鋰金屬電池用混合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)，其中聚環(huán)氧乙烷用作聚合物主體，并確保了與鋰金屬的界面相容性，高導(dǎo)電性和熱穩(wěn)定性的離子凝膠旨在抑制聚環(huán)氧乙烷結(jié)晶并提高其導(dǎo)電性，而石榴石導(dǎo)體增強(qiáng)了機(jī)械和電化學(xué)穩(wěn)定性。這種復(fù)合混合設(shè)計(jì)制備的準(zhǔn)固體電解質(zhì)，不僅表現(xiàn)出
7.4×10 S cm?1
的高離子電導(dǎo)率，也將電化學(xué)穩(wěn)定窗口擴(kuò)展至
5.5 V
，且通過
XPS
證明復(fù)合混合準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)的相互作用和整體結(jié)構(gòu)，此外，復(fù)合混合準(zhǔn)固體電解質(zhì)還能抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。相關(guān)論文以題目為
“Composite Hybrid Quasi-Solid Electrolyte for High-Energy Lithium Metal Batteries”
發(fā)表在
ACS Applied Energy Materials
上。
原文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsaem.1c01281
固態(tài)電解質(zhì)通常分為兩類：無(wú)機(jī)陶瓷和有機(jī)聚合物。與無(wú)機(jī)陶瓷相比，固態(tài)聚合物電解質(zhì)具有柔性好、易加工、界面接觸好等優(yōu)點(diǎn)。目前比較流行用作鋰電池電解質(zhì)的聚合物是聚環(huán)氧乙烷，然而聚環(huán)氧乙烷型固態(tài)電解質(zhì)的低離子電導(dǎo)率限制了其在電化學(xué)裝置中的應(yīng)用，而離子傳輸是電池中電解質(zhì)最重要的功能。
展開 浦項(xiàng)科技大學(xué)開發(fā)納米結(jié)構(gòu)電解質(zhì) 提高固態(tài)電池的離子電導(dǎo)率
本研究的獨(dú)特之處在于，低對(duì)稱性形態(tài)在雙金屬化合物材料中很常見，對(duì)于聚合物電解質(zhì)而言，卻是前所未有的。另外，通過實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算，系統(tǒng)地確定了這些納米結(jié)構(gòu)形成的原因，具有重要意義。此外，這項(xiàng)研究首次提出了一種方法，通過控制聚合物電解質(zhì)中?單位水平的電荷分布，來(lái)制備電導(dǎo)率比二維形態(tài)高10倍的固體電解質(zhì)。
研究人員表示，比起典型的二維結(jié)構(gòu)，新納米結(jié)構(gòu)能夠極大提升離子導(dǎo)電性。這為加速全固態(tài)電池商業(yè)化，開發(fā)安全電池，提供了潛在路徑。
-END-
深圳先進(jìn)院研發(fā)出基于改性凝膠聚合物電解質(zhì)的高效柔性雙離子電池
近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)出了一種基于改性凝膠聚合物電解質(zhì)的高效柔性雙離子電池。相關(guān)研究成果A Flexible Dual-Ion Battery Based on PVDF-HFP-Modified Gel Polymer Electrolyte with Excellent Cycling Performance and Superior Rate Capability 已在線發(fā)表于國(guó)際期刊《先進(jìn)能源材料》（Advanced Energy Materials, 2018, 8, 1801219）。
圖(a) 新型柔性雙離子電池在5C下充放電2000次的循環(huán)曲線；(b)柔性雙離子電池在不同折疊狀態(tài)的工作穩(wěn)定性；(c) 柔性雙離子電池在不同溫度下的穩(wěn)定性。
鋰離子電池（LIB）由于其能量密度相對(duì)高、循環(huán)壽命長(zhǎng)、記憶效應(yīng)小和自放電低等優(yōu)點(diǎn)，在消費(fèi)電子和電動(dòng)汽車市場(chǎng)中占主導(dǎo)地位。然而，由于負(fù)極石墨的低電壓平臺(tái)，在電池循環(huán)過程中易形成鋰枝晶，增加了短路的風(fēng)險(xiǎn)，并且常規(guī)LIB中的有機(jī)液體電解質(zhì)易燃，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的安全問題。因此，具有無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)的固態(tài)電池由于其不燃性和高安全性引起了越來(lái)越多的關(guān)注，其中基于具有較高離子電導(dǎo)率的聚合物電解質(zhì)電池更適合于實(shí)際應(yīng)用。另一方面，雙離子電池（DIB）由于其工作電壓高、低成本、環(huán)保易回收等優(yōu)點(diǎn)已受到廣泛關(guān)注。然而，由于常規(guī)電解液在高工作電壓下易分解，大多數(shù)DIB的循環(huán)穩(wěn)定性仍有待提升。
為了解決上述問題，唐永炳及其團(tuán)隊(duì)成員陳光海、張帆等人最近研發(fā)出了一種PVDF-HFP、聚氧化乙烯(PEO)與氧化石墨烯(GO)共摻雜的凝膠電解質(zhì)（簡(jiǎn)稱PHPG）。
展開 氣體傳感器的特性及分類
2.2電化學(xué)型氣體傳感器
電化學(xué)型氣體傳感器可分為原電池式、可控電位電解式、電量式和離子電極式四種類型。原電池式氣體傳感器通過檢測(cè)電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，市售的檢測(cè)缺氧的儀器幾乎都配有這種傳感器，近年來(lái)，又開發(fā)了檢測(cè)酸性氣體和毒性氣體的原電池式傳感器。可控電位電解式傳感器是通過測(cè)量電解時(shí)流過的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)，和原電池式不同的是，需要由外界施加特定電壓，除了能檢測(cè)CO，NO，N02，02，S02等氣體外，還能檢測(cè)血液中的氧體積分?jǐn)?shù)。電量式氣體傳感器是通過被測(cè)氣體與電解質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生的電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)。離子電極式氣體傳感器出現(xiàn)得較早，通過測(cè)量離子極化電流來(lái)檢測(cè)氣體的體積分?jǐn)?shù)已電化學(xué)式氣體傳感器主要的優(yōu)點(diǎn)是檢測(cè)氣體的靈敏度高、選擇性好。
2.3固體電解質(zhì)氣體傳感器
固體電解質(zhì)氣體傳感器是一種以離子導(dǎo)體為電解質(zhì)的化學(xué)電池。20世紀(jì)70年代開始，固體電解質(zhì)氣體傳感器由于電導(dǎo)率高、靈敏度和選擇性好，獲得了迅速的發(fā)展，現(xiàn)在幾乎應(yīng)用于環(huán)保、節(jié)能、礦業(yè)、汽車工業(yè)等各個(gè)領(lǐng)域，其產(chǎn)量大、應(yīng)用廣，僅次于金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器。近來(lái)國(guó)外有些學(xué)者把固體電解質(zhì)氣體傳感器分為下列三類：
1)材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子相同的傳感器，例如氧氣傳感器等。
2)材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子不相同的傳感器，例如用于測(cè)量氧氣的由固體電解質(zhì)SrF2H和Pt電極組成的氣體傳感器。
3)材料中吸附待測(cè)氣體派生的離子與電解質(zhì)中的移動(dòng)離子以及材料中的固定離子都不相同的傳感器，例如新開發(fā)高質(zhì)量的C02固體電解質(zhì)氣體傳感器是由固體電解質(zhì)NASICON(Na3Zr2Si2P012)和輔助電極材料Na2CO3-BaC03或Li2C03-CaC03，Li2C03-BaC03組成的。
展開 【論文介紹】有機(jī)電解液在鈉離子電池中的研究進(jìn)展
因此，在商業(yè)上可行的鈉離子電池電解液須滿足以上標(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)鈉離子電池在市場(chǎng)上的高效利用。
2
鈉離子電池電解液的分類
和鋰離子電池相似，鈉離子電池電解質(zhì)主要分為液體電解質(zhì)、固液復(fù)合電解質(zhì)和固體電解質(zhì)三大類，如圖1所示。其中液體電解質(zhì)又分為有機(jī)液體電解質(zhì)、水系電解質(zhì)和離子液體電解質(zhì)。固體電解質(zhì)分為無(wú)機(jī)固體電解質(zhì)和固體聚合物電解質(zhì)。液體電解質(zhì)又被分為酯基和醚基電解液，其溶劑化效應(yīng)和電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)被認(rèn)為是影響Na+遷移的主要因素，而聚合物中的鏈段運(yùn)動(dòng)和空位遷移被認(rèn)為是影響Na+在固體電解質(zhì)和凝膠電解質(zhì)中的移動(dòng)的因素。
圖1 鈉離子電池電解質(zhì)的分類
3
電解質(zhì)鈉鹽的選擇
鈉鹽是鈉離子電池組成中不可缺少的組成部分，對(duì)電池的最終性能有著深遠(yuǎn)的影響。和鋰離子電池相似，電解質(zhì)鈉鹽是提供鈉離子的源泉，保證電池在充放電循環(huán)過程中有足夠的鈉離子在正負(fù)極材料來(lái)回往返，從而實(shí)現(xiàn)可逆循環(huán)。因此必須保證電極與電解液之間沒有副反應(yīng)發(fā)生。
展開 車載全固態(tài)電池技術(shù)路線探討
全固態(tài)電池使用固體電解質(zhì)替代易燃易爆的電解液實(shí)現(xiàn)了電池的本征安全，同時(shí)使鋰負(fù)極的應(yīng)用成為可能。鋰金屬具有3860 Ah/kg 的超高理論容量和-3.04 V 的低化學(xué)勢(shì)，可以有效提高電池能量密度，因此固態(tài)電池越來(lái)越受到人們的關(guān)注。
我們知道根據(jù)電解質(zhì)狀態(tài)的差異，鋰離子電池總體可分為兩類：液態(tài)電池和固態(tài)電池，兩者主要不同之處在于采用電解質(zhì)的狀態(tài)不同，液態(tài)電池主要依靠液體電解液進(jìn)行鋰離子的運(yùn)輸傳導(dǎo)，而固態(tài)電池中則替換了液態(tài)電池中使用的電解液與隔膜，采用固態(tài)電解質(zhì)完成電池工作狀態(tài)Li+可逆脫嵌的過程。這種方式的替代，使兩者存在著不同的特性，其優(yōu)缺點(diǎn)也不同，具體如表1所示。
表1 液態(tài)和固態(tài)電池優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
目前，固態(tài)電解質(zhì)最常用的材料主要是無(wú)機(jī)陶瓷和有機(jī)聚合物，而它們性能的好壞也是決定固態(tài)電池性能中的關(guān)鍵的一部分，必須滿足的要求：
●較高的離子電導(dǎo)率
●良好的對(duì)鋰穩(wěn)定性
●較寬的電化學(xué)窗口
●力學(xué)性能良好
表2 不同固態(tài)電解質(zhì)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比
固態(tài)電池工藝核心技術(shù)
●固態(tài)電解質(zhì)成膜的工藝
固態(tài)電解質(zhì)取代了液態(tài)電池的隔膜和電解液，主體為固態(tài)電解質(zhì)。鋰離子通過固態(tài)電解質(zhì)傳輸，因此固體電解質(zhì)的成膜工藝是固態(tài)電池制造的核心環(huán)節(jié)。不同的工藝方法將會(huì)影響電解質(zhì)膜的厚度和離子電導(dǎo)率，以及電池內(nèi)阻。目前電解質(zhì)的成膜工藝分為干法工藝和濕法工工藝，區(qū)別在于是否采用溶劑。
表3 固態(tài)電解質(zhì)成膜工藝優(yōu)缺點(diǎn)比較
●固態(tài)電池的裝配工藝
全固態(tài)電池通常采用軟包的方式集成。
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中科院化學(xué)所JACS：離子導(dǎo)體層減弱正極-固態(tài)電解質(zhì)的界面電位，增強(qiáng)固態(tài)電池的界面動(dòng)力學(xué)
【小結(jié)】
本文將鋰離子導(dǎo)體緩沖層引入到正極表面上，在正極材料和固體電解質(zhì)之間構(gòu)建了良好的界面。在室溫固體電池中，LATP過渡層緩解極化并提高了動(dòng)力學(xué)特性。通過AFM界面電勢(shì)測(cè)量可知，LATP的引入削弱空間電荷層，使界面處電勢(shì)梯度降落，減輕了極化，抑制了副反應(yīng)，提高了循環(huán)穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)性能。緩沖層的設(shè)計(jì)為增強(qiáng)固-固界面穩(wěn)定性和動(dòng)力學(xué)特性提出了一種簡(jiǎn)便、有效的策略。
文獻(xiàn)鏈接：Mitigating Interfacial Potential Drop of Cathode–Solid Electrolyte via Ionic Conductor Layer To Enhance Interface Dynamics for Solid Batteries (JACS, 2018, DOI: 10.1021/jacs.8b03319)。
展開 MEMS氣體傳感器類型以及優(yōu)勢(shì)
2、MEMS固體電解質(zhì)氣敏傳感器
固體電解質(zhì)氣敏傳感器有電流型和電壓型兩種，電流型的靈敏度高，測(cè)量范圍大，溫漂小。但它的輸出電流和敏感性能與電極尺寸關(guān)系密切。傳統(tǒng)的燒結(jié)體型器件難于控制電極尺寸，因而輸出的電流和敏感性能也難于控制。由于MEMS技術(shù)制作的器件電機(jī)尺寸精度高，因而MEMS固體電解質(zhì)電流型氣敏傳感器性能優(yōu)異。
目前基于“三明治”結(jié)構(gòu)的傳感器，可以實(shí)現(xiàn)MEMS工藝的兼容與加工，解決了傳統(tǒng)固體電解質(zhì)式氣體傳感器工藝兼容性差、器件結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。
MEMS氣體傳感器的優(yōu)勢(shì)
(1)微型化：MEMS器件體積小，一般單個(gè) MEMS傳感器的尺寸以毫米甚至微米為計(jì)量單位，重量輕、耗能低。同時(shí)微型化以后的機(jī)械部件具有慣性小、諧振頻率高、響應(yīng)時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。MEMS更高的表面體積比(表面積比體積)可以提高表面?zhèn)鞲衅鞯拿舾谐潭取?(2)硅基加工工藝，可兼容傳統(tǒng) IC生產(chǎn)工藝：硅的強(qiáng)度、硬度和楊氏模量與鐵相當(dāng)，密度類似鋁，熱傳導(dǎo)率接近鉬和鎢，同時(shí)可以很大程度上兼容硅基加工工藝。
(3)批量生產(chǎn)：以單個(gè) 5mm×5mm尺寸的 MEMS傳感器為例，用硅微加工工藝在一片 8英寸的硅片晶元上可同時(shí)切割出大約 1000個(gè) MEMS芯片，批量生產(chǎn)可大大降低單個(gè) MEMS的生產(chǎn)成本。
(4)集成化：一般來(lái)說(shuō)，單顆 MEMS往往在封裝機(jī)械傳感器的同時(shí)，還會(huì)集成ASIC芯片，控制 MEMS芯片以及轉(zhuǎn)換模擬量為數(shù)字量輸出。同時(shí)不同的封裝工藝可以把不同功能、不同敏感方向或致動(dòng)方向的多個(gè)傳感器或執(zhí)行器集成于一體，或形成微傳感器陣列、微執(zhí)行器陣列，甚至把多種功能的器件集成在一起，形成復(fù)雜的微系統(tǒng)。
(5)多學(xué)科交叉： MEMS涉及電子、機(jī)械、材料、制造、信息與自動(dòng)控制、物理、化學(xué)和生物等多種學(xué)科，并集約了當(dāng)今科學(xué)技術(shù)發(fā)展的許多尖端成果。
展開 俄羅斯、中國(guó)科學(xué)家合作 成功將鋰離子電池容量提升15%
此次科學(xué)家們通過向電池陰極添加固體電解質(zhì)成功將電池效率提高。該固體電解質(zhì)由圣彼得堡彼得大帝理工大學(xué)（SPbPU）的一名研究生合成。與液體電解質(zhì)相比，研究人員成功利用固體電解質(zhì)將電池容量提高了15%，此外也有助于減輕整個(gè)產(chǎn)品的重量。
此次電池測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行，電池樣本由新能源汽車聯(lián)合創(chuàng)新中心“科學(xué)-技術(shù)”（Joint Innovation Center "Science - Technologies" of ENV）研發(fā)，該中心由中國(guó)與圣彼得堡彼得大帝理工大學(xué)合作創(chuàng)立。
圣彼得堡彼得大帝理工大學(xué)校友，新能源汽車總監(jiān)Wang Tsinshen先生表示：“改進(jìn)陰極材料和功能性添加劑是我們聯(lián)合研究中心的主要任務(wù)之一。在節(jié)能技術(shù)、清潔能源和電力運(yùn)輸?shù)陌l(fā)展框架內(nèi)，我們中心取得的大量“綠色技術(shù)”成果被引入了現(xiàn)實(shí)生活。”
展開 鋰離子電池的仿真模擬
以下綜述展示了針對(duì)鋰電池組件的仿真模擬實(shí)例，包括了陽(yáng)極/陰極/電解質(zhì)和制造過程。本文主要使用SIESTA(第一性原理計(jì)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(yáng)極以及鋰離子擴(kuò)散所引起的物理性質(zhì)變化的實(shí)例。
1．用作陽(yáng)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(píng)估用作陰極的LiCoO2的體積模量。
3．評(píng)估鋰離子在固體電解質(zhì) LiZr2(PO4)3 (LZP) 中的擴(kuò)散系數(shù)。
4．評(píng)估溶解鋰鹽的溶劑的相對(duì)介電常數(shù)。
5．電極漿料涂覆
圖 1 固體電解質(zhì) LZP 結(jié)構(gòu)（左）和不同溫度下擴(kuò)散系數(shù)的 Arrhenius 圖（右）
圖 2：用于陽(yáng)極的石墨（左）和吸附鋰的 LiC6（右）之間的電子態(tài)密度差異
隨著全固態(tài)電池的商業(yè)化快速發(fā)展，電動(dòng)汽車電池的研究和開發(fā)正轉(zhuǎn)向探索更多材料的可能性。因此，從探索各種材料（包括所有固態(tài)電解質(zhì)）的角度來(lái)看，人們對(duì)材料模擬的期望越來(lái)越高。欲獲取全文鏈接，請(qǐng)與我們聯(lián)系。
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