登录注册
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
我要投稿
6.使用固态电解质阻止枝晶蔓延
发展先进的固态电解质可以有效阻止锂枝晶的蔓延和副反应。这是一种直接的通过物理屏障阻止枝晶蔓延的方法。固态电解质有无机陶瓷电解质和固态聚合物电解质两类。对于固态电解质来说需要满足以下几点要求:(1)足够高的阻止枝晶蔓延的模量;(2)足够的锂离子电导率;(3)宽的电化学窗口;(4)与两电极间低的界面电阻和好的粘合作用。
通常情况下,无机陶瓷具有较好的离子电导率和机械性能,Li10GeP2S12和Li9.54Si1.74P1.44S11.7Cl0.3的离子电导率(图5a)甚至比液态电解质还高(表1)。无机陶瓷的模量很高,足以阻止锂枝晶的形成。但是必须在模量和表面粘附性之间取舍,模量高的粘附性则差。无机陶瓷的电化学窗口窄,循环的过程中还原反应可能在电极/电解质界面上发生从而形成锂离子阻断层,严重影响电池性能。
表1不同的电解质室温下的离子电导率、模量和电化学窗口的对比
固态聚合物电解质比液态电解质的离子电导率小2-5个数量级,其弹性模量也很低(<0.1GPa),简单地混合聚合物和锂盐并不能完全阻止锂枝晶的生长。然而,固态聚合物电解质与电极的粘附性更好,大多数固态聚合物电解质具有较好的柔韧性,利于实际生产。通过引入聚苯乙烯和单离子导体方法,可以同时提高电解质的机械性能和离子电导率(图5b)。为了解决模量和粘附性之间的困境,将毛发状的纳米SiO2颗粒与凝胶聚合物电解质交联,得到了机械强度和离子电导率均有提高的复合电解质(图5c)。
将固态聚合物电解质与锂离子电导率高的无机陶瓷结合是一种新的思路。将一个颗粒厚的Li1.6Al0.5Ti0.95Ta0.5(PO4)3与柔韧的聚合物结合,得到了灵活的且不产生枝晶的电解质(图5d)。最近,一种聚合物/陶瓷/聚合物三明治结构被提出(图5e)。在这种结构下,Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3(LATP)与聚(乙烯醇)甲基醚丙烯酸酯结合,既有柔软的表面又有机械强度高的陶瓷体相。此外将一维Li3xLa2/3–xTiO3(LLTO)纳米线与聚丙烯腈混合可以提供连续的锂离子通道,室温离子电导率可达0.1mScm-1(图5f,g)。将石榴石相Li7La3Zr2O12(LLZO)纳米线与聚环氧乙烯(PEO)结合也有类似的效应。
图5无机和有机固态电解质
a.超级导体Li10GeP2S12的离子电导率的阿伦尼乌斯曲线。插图:Li10GeP2S12从c轴投影的晶体结构
b.40°C下,含31wt%P(STFSILi)的P(STFSILi)-b-PEO-b-P(STFSILi)和含25wt%PS的PS–PEO–PS的拉伸强度对比
c.毛发状纳米颗粒与聚苯醚交联的示意图,可被用来制备坚韧的膜
d.柔韧的、一个颗粒厚的Li1.6Al0.5Ti0.95Ta0.5(PO4)3-聚合物膜的横截面SEM图(上)和电子照片(下)
e.使用聚合物/陶瓷/聚合物三明治结构电解质的全电池示意图
f.与少量LLTO纳米线混合之后的聚丙烯腈(PAN)的阿伦尼乌斯曲线
g.聚丙烯腈(PAN)与LLTO纳米线混合可提供连续的离子通道
h.LLZO纳米线与PEO交联的示意图
7.用于金属锂的先进测试技术
测试技术的发展推动了对金属锂负极的研究。这些测试技术可被分为两类:一类是用来研究锂沉积的微观结构,另一类被用来观测表面化学。SEM、TEM、光学显微镜、AFM和NMR等被用来进行形貌观察,而FTIR、XPS、AES等则被用来进行表面分析。值得注意的是,早年的报道都是在静态下进行原位或者非原位分析,而使用现场原位分析则能提供锂负极在真实工作环境下更加有意义的动力学信息,然而现在的发展还不够成熟。
在开路电池中原位TEM测试技术最早被用来观测锂枝晶的形成和锂负极的电化学行为(图6a,b)。相似的,原位SEM也被用来观测锂的不均匀沉积。然而这些观察仅局限在离子液体或固态电解质中,因为液态电解质极易挥发。
最近,微型密封电化学液体电池被用于原位TEM观测电化学动力学和高时间和空间分辨率的定量测试(图6c)。观测商用碳酸盐电解质中SEI的生长和锂的电镀/剥离过程(图6d,e)或者使用暗场扫描透射电子显微镜估算SEI层的密度和富锂相的形成也是十分可行的。X射线技术也能为电池的电化学动力学提供有效的信息,例如,使用空间和时间分辨的同步辐射X射线衍射,可以得到锂-空气电池在充放电循环的不同阶段以及不同电极深度出的电极成分变化(图6f);利用同步辐射X射线衍射还能观测到锂-聚合物-锂对称电池中早期的枝晶形成(图6g)。此外,现场原位7Li-NMR谱,7Li-磁共振成像(MRI,图6h)和电子顺磁共振谱也是锂成核和生长的半定量分析手段。结合各种测试分析手段,包括现场原位以及事后分析,可以为锂的动力学行为提供越来越深刻的理解。
图6用于金属锂性能表征的先进测试技术
a.开路电池结构中原位TEM设置的示意图
b.开路电池结构用原位TEM观察锂在碳半球上的沉积
c.原位电化学液体电池TEM支架以及相应的液态电池设计
d.液体电池中原位TEM对SEI的观察
e.液体电池中原位TEM对锂枝晶生长的观察
f.用于现场原位微聚焦同步辐射X射线衍射观测的电池设计示意图
g.锂/聚合物/锂对称电池循环到不同阶段时的X射线层析成象法3维重现图像(左上,0Ccm−2;右上,9Ccm−2;左下,84Ccm−2;右下,296Ccm−2)
h.对称电池在锂电镀后的三维7LiMRI图。2D切片为水平方向(x-y)的横截面
【总结&展望】
尽管在锂负极的研究中取得了不错的进展,在其实际应用之前还要更为深入的探索。从金属锂负极目前存在的问题来看,今后可从以下几个方面进行研究:(1)2D和3D锂的形成;(2)金属锂的表征;(3)SEI和其他界面工程;(4)固态电解质;(5)全电池设计;(6)电池安全运行的智能设计。
总的来说,通过单一的策略来解决锂负极中的问题是不可能的,需要结合各种各样的方法才能最终使锂负极成为一种可行的技术。纳米技术的发展为这些问题的解决提供了新的可能,而先进的测试技术则为材料的设计提供了十分有用的信息。金属锂负极复兴在即,需要研究者在基础理论、材料设计和电池工程等方面投入更多的努力。
图7锂电池工程和全电池设计的展望
a.反应性的气体/蒸汽涂层
b.压层镀膜
c.自修复高分子涂层
d.多层涂层
e.金属锂全电池设计中的问题和可能的解决方法
相关阅读:
特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。
凡来源注明北极星*网的内容为北极星原创,转载需获授权。
作者:彭鹏1王成东2陈满1王青松2雷旗开1金凯强2单位:1.南方电网调峰调频发电有限公司储能科研院2.中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室引用本文:彭鹏,王成东,陈满,等.某钛酸锂电池储能电站热失控致灾危害评价[J].储能科学与技术,2025,14(4):1617-1630.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.1006本
北极星储能网获悉,6月3日消息,福建省科学技术厅等四部门关于组织申报2025年高校产学研联合创新项目的通知,新材料方向包括,锂离子电池、燃料电池等关键材料及工程化技术;电池梯级利用与绿色回收技术;乏燃料后处理技术;先进锂离子电池、动力锂离子电池凝胶聚合物电解质、高离子电导率和高稳定的无
5月29日17时06分,江苏吴中区太湖街道雷山路与东太湖路交叉口处往西60米一货车运载的磷酸锂电池组起火。消防员立刻同步调派叉车转移起火电池组至安全区域,结合锂电池起火的特殊性最终决定使用“围堰淹没处置战法”快速控制火情,有效避免次生灾害。约半小时后,火势已被控制,一小时后明火已完全扑灭
北极星储能网获悉,6月3日,1批汽车用钠离子动力电池组,经福州海关所属宁德海关关员现场实施危包使用鉴定合格,并取得危险货物包装使用鉴定证书后顺利出口。据悉,这是全国首批钠离子汽车动力电池出口。钠离子电池是一种新型二次电池,其工作原理与锂离子电池类似,通过钠离子在正负极间的往复移动实
北极星储能网获悉,6月2日消息,为加强锂离子电池全生命周期安全与质量管理,市场监管总局(国家标准委)近日批准发布《锂离子电池编码规则》(GB/T45565—2025),并将于2025年11月1日起实施。该标准由中华人民共和国工业和信息化部提出,归口于中国电子技术标准化研究院,由比亚迪、宁德时代、亿纬锂
北极星储能网获悉,近日,住房和城乡建设部应用锂离子储能系统的光伏高层建筑火灾风险评估及验证、光伏高层建筑火灾辅助逃生设施及简易自动喷水灭火系统的应用可靠性及关键技术验证发布了中标公告。中国建筑科学研究院有限公司以80.00万元中得。住房和城乡建设部应用锂离子储能系统的光伏高层建筑火灾
北极星储能网获悉,截至5月26日,云南省新型储能累计并网投产总装机突破300万千瓦,达303.5万千瓦/607万千瓦时,提前超额完成“十四五”规划目标。新型储能是指除抽水蓄能以外的储能技术,包括锂离子电池、液流电池、飞轮储能、压缩空气储能、氢储能等。
北极星储能网获悉,5月30日,珠海冠宇发布投资项目建设内容变更的公告。2022年,珠海冠宇子公司浙江冠宇电池有限公司(以下简称“浙江冠宇”)拟在重庆市万盛经济技术开发区(以下简称“万盛经开区”)内依法投资设立项目公司投资建设高性能新型锂离子电池项目,项目预计总投资人民币40亿元(最终项目
北极星储能网获悉,5月28日,广东东莞发布2024年度新型储能高质量发展专项资金申报工作。面向锂离子电池、钠离子电池、液流电池、固态电池等先进新型储能技术路线的原材料、元器件、工艺装备、电芯模组、电池管理系统(BMS)、能量管理系统(EMS)、储能变流器(PCS)、系统集成等领域建设的增资扩产项
全球新能源产业进入高速增长期,但政策不确定性、技术迭代加速、国际竞争加剧等因素导致法律风险频发。近年来,全球新能源产业呈现爆发式增长态势。然而,行业高速发展背后暗藏多重法律风险。(作者:莫泰京北京市盈科律师事务所律师)新能源行业法律风险白皮书——合规挑战与应对策略目录一、行业趋势
北极星储能网讯:5月29日,国华能源投资有限公司发布国华投资国能蒙东莫旗风电基地项目储能设备采购公开招标公告,储能按风电装机总容量15%/4小时配置,配置跟网型储能90MW/360MWh。储能系统设备包含储能电池系统、储能变流器系统、EMS能量管理系统、储能UPS电源屏,电芯为磷酸铁锂以及配套的预制舱、
“3.29小米SU7高速碰撞爆燃”事件后,小米汽车与雷军便被推上了风口浪尖,电池安全问题更是再度引起热议。近日,小米突然入股了一家固态电池企业——合肥因势新材料科技有限公司。公司新增小米旗下瀚星创业投资有限公司、强邦新材、合肥市包河区科创种子基金合伙企业(有限合伙)为股东,注册资本由100
北极星储能网获悉,5月21日,赣锋锂业在接待活动上提到,在固态电池领域公司已形成固态电池全链路布局,在硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、硅碳负极、金属锂负极、电芯、电池系统等固态电池关键环节具备了研发、生产能力,并加快推动固态电池商业化应用。公司在固态电池方面开发的高比能电池能量
中国动力电池行业的扩张步伐正在持续,头部企业中创新航与国轩高科近期的投资动作再次印证了这一趋势。与此同时,一个显著的并行现象是,围绕大圆柱电池、固态电池及其相关新材料的产能布局正变得日益密集,呈现出“拥挤”的态势。中创新航公布了大规模的扩产计划。其成都项目二期已于3月底动工,该项
北极星储能网获悉,4月10日,江西赣锋锂业集团股份有限公司披露公司固态电池项目研发进展。表示公司已形成固态电池全链路布局,在硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、金属锂负极、电芯、电池系统等固态电池关键环节具备了研发、生产能力,并加快推动固态电池商业化应用。1、技术突破与产品矩阵双向发
聚焦硫化锂与锂金属负极。在中国锂行业面临周期性挑战之际,两大龙头企业赣锋锂业和天齐锂业正将其战略目光投向下一代电池技术,近期相对明确地公开了各自在固态电池领域的系统性布局。两家公司均重点发力硫化锂和金属锂负极这两大关键材料,此举被视为在传统锂盐业务承压背景下,寻求新增长曲线的重要
北极星储能网获悉,3月18日,道氏技术在互动平台回答投资者提问时表示,公司不断深化拓展固态电池关键材料的布局,积极夯实固态电池材料工艺技术,整合研发力量,推动材料的优化创新和产能建设。公司有信心快速推进单壁碳纳米管、硅碳负极、固态电解质、金属锂负极等固态电池关键材料的大规模产业化,
作者:梅悦旎,屈雯洁,程广玉,向永贵,陆海燕,邵晓丹,张益明,王可单位:空间电源全国重点实验室,上海空间电源研究所引用本文:梅悦旎,屈雯洁,程广玉,等.锂离子电池正极补锂技术研究进展[J].储能科学与技术,2025,14(1):77-89.DOI:10.19799/j.cnki.2095-4239.2024.0767本文亮点:1、本文对当前主流的正极
2月20日,华为在鸿蒙智行尊界技术发布会正式推出巨鲸电池2.0,以“6C超快充+800V高压增程”技术组合,再次刷新行业天花板。目前来看,全新的巨鲸电池2.0相较于1.0进步非常大。6C超充电芯体系:巨鲸电池2.0包含增程和纯电两个版本。其中增程版是全球首个800V高压增程6C电池包,容量达到65kWh,SOC从10%
北极星储能网获悉,12月11日,道氏技术与电子科技大学签署《项目技术委托开发合同》。根据合同,道氏技术将委托后者进行超薄金属锂负极的研发,其中包括单面/双面锂覆铜超薄锂负极带材的开发和自支撑超薄锂负极带材的开发。合作期限为2024年12月2日至2027年12月1日,合同总额为人民币300万元。公告显示
北极星储能网获悉,12月11日,道氏技术公告,道氏技术与电子科技大学签署《项目技术委托开发合同》,道氏技术将委托电子科技大学进行超薄金属锂负极的研发,包括单面/双面锂覆铜超薄锂负极带材的开发和自支撑超薄锂负极带材的开发。此次合作旨在开发低成本、卷对卷的新型量产制备,开拓超薄锂负极在高
北极星储能网获悉,2024年7月11-13日,2024中国汽车论坛在上海嘉定举办。上海汽车集团股份有限公司研发总院副院长仇杰出席并演讲。仇杰强调了固态锂电池作为下一代技术的重要性。他提到固态电池的三个主要优势:一、低温性能好。电解液低温下粘度增大,电导率急剧降低,而固态电解质在低温下仍然具有良
北极星储能网获悉,6月3日,鹿山新材在投资者互动平台上表示,公司硅碳负极功能粘接材料(PAA)已通过3C电子客户的系统性验证并批量供货。公司PAA可用于液态/半固态/固态锂电池中硅基负极极片的粘接,能够有效提升硅碳负极的循环稳定性与电池续航。考虑到人形机器人主要在室内场景使用及充电,安全性至
北极星储能网获悉,5月21日,赣锋锂业在接待活动上提到,在固态电池领域公司已形成固态电池全链路布局,在硫化物电解质及原材料、氧化物电解质、硅碳负极、金属锂负极、电芯、电池系统等固态电池关键环节具备了研发、生产能力,并加快推动固态电池商业化应用。公司在固态电池方面开发的高比能电池能量
5月16日,欣旺达动力产品线总经理何轩博士应邀出席CIBF2025第十七届深圳国际电池展,重磅发布欣旺达动力闪充电池4.0全新超充电池产品矩阵:全球首款1400A闪充电池欣星驰2.0,1min极充150km#x2B;,油电同速、快无止境;欣星驰2.0长续航版,兼顾6C峰值倍率,800km#x2B;续航,打造超充长续航产品标杆;增
电芯已成为当下市场经济发展的主要推手,技术也亟需突破。2025年,储能电芯已进入深度洗牌与技术博弈的产业周期;与此同时,新能源汽车高速发展正在倒逼动力电池向“更严苛的安全标准”、“更全面的性能提升”方向进行着“质”的跃迁;此外,低空经济的推进下,激活了eVTOL电池市场。在这场电芯产业竞
北极星储能网获悉,5月13日,四川内江市埃普诺硅碳负极新材料项目一期正式投产,已建成的3条产线,年产能将达6万吨。据悉,该项目总投资105亿元,分两期实施,全部建成达产后,预计可实现年产值约360亿元,将有力填补内江电池负极材料产业领域空白。硅碳负极材料的比容量可以达到天然石墨电极、人工石
近期固态电池市场再度升温,行业关注点也经历深刻转变。据观察,相较于以往对固态电解质技术路线的讨论、主机厂与电池制造商的布局、量产时间表的预期以及eVTOL等新兴应用的探索,当前市场的目光更聚焦于若干核心层面。具体来看,以固态电解质膜为代表的关键材料革新、以硅碳负极为核心的负极材料迭代
北极星储能网获悉,近日,高性能锂电硅碳负极材料研发供应商杭州星科源新材料科技有限公司(以下简称“星科源”)完成数千万元天使+轮融资。本轮融资投资方为元禾原点。本轮融资主要用于开发新一代产品,以及在技术迭代基础上,突破规模化量产。据了解,星科源成立于2022年1月,聚焦于锂电用硅碳负极的
2025年,锂电池行业发生关键性转折的一年,多年后回望,也许你会发现2025年将成为诸多技术产品的爆发元年。其中,固态电池、硅碳负极、高压密磷酸铁锂、9系超高镍、磷酸锰铁锂、无极耳大圆柱、兆瓦超充、盐湖提锂、新型钠电池,以及更加安全的锂电池系统,以上10大技术和对应产品将推动新能源产业的快
中国动力电池行业的扩张步伐正在持续,头部企业中创新航与国轩高科近期的投资动作再次印证了这一趋势。与此同时,一个显著的并行现象是,围绕大圆柱电池、固态电池及其相关新材料的产能布局正变得日益密集,呈现出“拥挤”的态势。中创新航公布了大规模的扩产计划。其成都项目二期已于3月底动工,该项
北极星储能网获悉,4月28日,鹿山新材在投资者互动平台上表示,公司硅碳负极功能粘接材料(PAA)可用于液态/半固态/固态锂电池中硅基负极极片的粘接。已通过3C电子客户的系统性验证,能够有效提升硅碳负极的循环稳定性与电池续航,已批量供货。在动力电池应用方面,已完成汽车领域知名企业小试验证,目
北极星储能网获悉,4月26日,南都电源在投资者关系活动中表示,公司2024年营业业绩较上年度变动较大,主要原因有回收板块废旧电池价格持续处于高位,产品毛利率持续下降;同时受国家政策影响,地方奖补政策存在不确定性,影响了第四季度回收业务的盈利能力,公司进行减产,营业收入大幅下降,单体亏损
请使用微信扫一扫
关注公众号完成登录
姓名: | |
性别: | |
出生日期: | |
邮箱: | |
所在地区: | |
行业类别: | |
工作经验: | |
学历: | |
公司名称: | |
任职岗位: |
我们将会第一时间为您推送相关内容!