精品日韩欧美一区二区在线播放,亚洲高清偷拍一区二区三区,性xxxx欧美老妇506070,色欲人妻综合网

你的位置:首頁 > 技術(shù)文章 > Apero2在固態(tài)電池材料中的應(yīng)用

技術(shù)文章

Apero2在固態(tài)電池材料中的應(yīng)用

技術(shù)文章

?鋰離子電池發(fā)展的核心難題是熱穩(wěn)定性以及鋰枝晶引發(fā)的安全問題。在鋰電池充電過程中鋰離子還原形成的樹枝狀金屬鋰(也稱為鋰枝晶),鋰枝晶在負(fù)極表面附著,生長(zhǎng)到一定程度會(huì)刺穿隔膜,導(dǎo)致內(nèi)部短路,引發(fā)起火。如果發(fā)生折斷,會(huì)產(chǎn)生“死鋰”現(xiàn)象,影響電池容量。


目前商業(yè)化的隔膜基本是PP或PE,其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度大約是 140~160℃,利用現(xiàn)有的涂覆技術(shù),可提升隔膜耐熱溫度至 160~180℃,但超過玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg之后,聚合物會(huì)變從玻璃態(tài)轉(zhuǎn)變成流動(dòng)態(tài)。進(jìn)而導(dǎo)致正負(fù)極直接接觸、短路等潛在的安全隱患。鋰離子電池將來研發(fā)目標(biāo)的宗旨還是通過對(duì)鋰枝晶生長(zhǎng)的有效抑制,獲得高能量密度、長(zhǎng)循環(huán)周期和大電流密度。

 

圖片

 

圖1 鋰枝晶產(chǎn)生及短路失效機(jī)理

 

固體電解質(zhì)不存在隔膜刺穿等易燃等安全問題, 相比傳統(tǒng)鋰離子電池,固態(tài)鋰離子電池安全性更好且有更*的綜合性能:鋰枝晶在固態(tài)電解質(zhì)中生長(zhǎng)緩慢且難刺透,可燃性更差,熱穩(wěn)定性更強(qiáng)(氧化物固態(tài)電池極限溫度 1800℃),采用高鎳正極、硅碳負(fù)極、預(yù)鋰化、金屬鋰負(fù)極等,能量密度可突破300Wh/kg,甚至達(dá)到500Wh/kg1。因此,發(fā)展固態(tài)鋰電池技術(shù)是解決液體電解質(zhì)鋰電池安全問題的根本途徑。

備注:對(duì)于液態(tài)電池來說,采用富鋰負(fù)極能量密度可突破300Wh/kg;只有固態(tài)電池才能采用金屬鋰負(fù)極,可突破到500Wh/kg。

圖片

 

圖2 液/固態(tài)電解質(zhì)鋰電池性能比較

 

 

從電池結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上看,固態(tài)電池和傳統(tǒng)液態(tài)電池相比,商業(yè)化的正負(fù)極沒有太多變化(正極:高鎳正極;負(fù)極:硅碳、預(yù)鋰化、Li 金屬等),半固態(tài)電池依舊需要隔膜和電解液(電解液用量逐步減少,根據(jù)不同體系,有的用隔膜,有的不用隔膜)。只有全固態(tài)電池不需要隔膜(電解液,隔膜、電解液替換為固態(tài)電解質(zhì))。

圖片

 

圖3 液態(tài)電池與全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較

 

 

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)體系的核心部件,材料類型很大程度上決定電池的各項(xiàng)性能參數(shù),如循環(huán)穩(wěn)定性、安全性、功率密度及高低溫性能等。固態(tài)電解質(zhì)主要包括無機(jī)陶瓷類電解質(zhì)和有機(jī)聚合物電解質(zhì)兩類,而具備較好開發(fā)潛力的主要有聚合物、氧化物和硫化物電解質(zhì)等。

聚合物電解質(zhì)通常由聚合物基體和鋰鹽構(gòu)成,具有質(zhì)輕、黏彈性好、易成膜、機(jī)械加工性能優(yōu)等特點(diǎn)。該體系常用鋰鹽有 LiPF6、LiTFSI、LiClO4等,電解質(zhì)基體包括聚環(huán)氧乙烷(PEO)、聚硅氧烷等,其中PEO基是聚合物固態(tài)電解質(zhì)的代表,已在小容量領(lǐng)域有應(yīng)用。但關(guān)鍵的問題阻礙其擴(kuò)大使用范圍:1)室溫離子電導(dǎo)率可低至10-6S/cm,需通過升溫提升性能。一般的工作溫度在 60~85℃,動(dòng)力領(lǐng)域需采用熱管理,使系統(tǒng)更加復(fù)雜且增加能耗;2)電化學(xué)窗口窄,如典型的PEO基電解質(zhì)氧化電位在 3.8V,意味著難以與鈷酸鋰、層狀三元、尖晶石型等高比能正極匹配,需開展改性操作;3)若采用金屬鋰負(fù)極,循環(huán)過程中在界面處仍然存在鋰枝晶穿過聚合物膜導(dǎo)致內(nèi)短路的隱患。

氧化物電解質(zhì)穩(wěn)定性好,與鋰負(fù)極匹配性好,但高界面阻抗下不適宜作為全固態(tài)體系電解質(zhì)。因其穩(wěn)定性好,且電導(dǎo)率優(yōu)于聚合物,可與鋰負(fù)極匹配組成高比能電池。一般可分為 Perovskite 型(以La2/3-xLi3xTiO3 -LLTO為代表)、Garnet石榴石型(以Li7La3Zr2O12 -LLZ為代表)、LISICON 型和 NASICON 型(以Li1+xAlxTi2-x(PO4)3 (LATP)為代表)等結(jié)構(gòu)。氧化物電解質(zhì)宜用于混合固液體系,降低阻抗。

硫化物電解質(zhì)氧化物電解質(zhì)中的O被S取代后即為硫化物電解質(zhì)。S的原子半徑和極化率大,晶格畸變形成較大的離子通道,且S與Li+間結(jié)合力弱,體系內(nèi)可移動(dòng)載流子數(shù)量大,表現(xiàn)出較好的電導(dǎo)率(一般為10-3S/cm,可達(dá) 10-2S/cm)。質(zhì)地較軟的特性則使其更易加工,可通過熱壓法制備全固態(tài)電池。但硫化物電解質(zhì)存在對(duì)空氣敏感、容易氧化、遇水容易產(chǎn)生 H2S 等有害氣體的問題,使壽命下降,通過改性可有所改善,但是否滿足實(shí)際要求仍需驗(yàn)證。因此,硫化物活性較高的特性也限制其在混合固液體系的應(yīng)用,而在全固態(tài)體系開發(fā)中是關(guān)鍵的材料。

圖片

 

圖4 全固態(tài)電池領(lǐng)域細(xì)分

 

固態(tài)電解質(zhì)的使用會(huì)帶來許多新的且非常復(fù)雜的電化學(xué)和失效的行為,這是由兩方面帶來的:一方面是固態(tài)電解質(zhì)會(huì)使得能用的正極材料和負(fù)極材料變得更加豐富,比如正極材料可能會(huì)用一些富鋰材料或者轉(zhuǎn)化型正極材料,負(fù)極可能會(huì)用鋰金屬或者合金,多元材料組合會(huì)帶來界面變得更復(fù)雜。此外,固態(tài)體系本身的界面也比較復(fù)雜,這兩個(gè)因素共同導(dǎo)致固態(tài)體系的電化學(xué)行為和失效行為都比液態(tài)更復(fù)雜。這些行為有一些是有利的現(xiàn)象,有一些是有害的現(xiàn)象,對(duì)于有利的現(xiàn)象可以為我們所使用。

因此,無論從技術(shù)或生產(chǎn)角度,要實(shí)現(xiàn)從液態(tài)電池到半固態(tài)或全固態(tài)電池的轉(zhuǎn)換,需克服技術(shù)和成本兩道難題。全固態(tài)電池主要難題在于:1)固-固界面接觸難題,內(nèi)阻較大,循環(huán)性能、倍率性能差;2)要提升固態(tài)電解質(zhì)導(dǎo)電率,需要改善固態(tài)電解質(zhì)與正負(fù)極的界面,減小內(nèi)阻。

與液態(tài)電解液相比,固態(tài)電解質(zhì)的電導(dǎo)率/鋰離子遷移率低 1~2個(gè)數(shù)量級(jí),電導(dǎo)率低,全電池阻抗大,導(dǎo)致循環(huán)性能、倍率性能差。另外一方面,電極材料在充電時(shí)膨脹,放電時(shí)受擠壓,液態(tài)電解液—電極(液體—固體)接觸相對(duì)較好,而固態(tài)電解質(zhì)—電極(固體—固體)難以保持長(zhǎng)期穩(wěn)定的接觸,并加大了固體電解質(zhì)破裂或分離的可能,電池內(nèi)阻較大。

圖片

總之,不使用電解液,只用固態(tài)電解質(zhì)的話,不僅導(dǎo)電率會(huì)大幅度降低,固-固界面接觸難題也尚未解決;此外,鋰枝晶可能會(huì)折斷,導(dǎo)致“死鋰”情況發(fā)生,降低電池容量;金屬鋰循環(huán)過程中出現(xiàn)多孔,體積無限膨脹。盡管目前在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有很多性能改進(jìn)的方案,但都沒有完美的解決辦法。當(dāng)前,在產(chǎn)業(yè)化的道路上,依舊以半固態(tài)的設(shè)計(jì)為主流,如今,半固態(tài)電池已經(jīng)突破量產(chǎn),全固態(tài)依舊是處于研發(fā)的階段。

圖片

 

圖5在漸進(jìn)式的路線中,由混合固液體系逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槿虘B(tài)體系,正負(fù)極材料體系能夠不斷拓展


 

案例討論:半固態(tài)電池富鎳層狀氧化物正極極片顯微結(jié)構(gòu)分析

正極材料的發(fā)展趨勢(shì)跟鋰電池的發(fā)展趨勢(shì)比較類似,都是往能高能量密度和高安全性上面發(fā)展。對(duì)三元材料來說,高能量密度主要是通過高鎳化、高電壓,以及通過單晶化來提升壓實(shí)密度。安全性方面,三元主要是單晶化和包覆。

圖片

 

1 (左)正極極片表面形貌;(右)NCM顆粒表面細(xì)節(jié)形貌

 

根據(jù)能譜結(jié)果,很容易計(jì)算出正極層狀氧化物是富Ni的NCM三元材料。通過Apero的T1探測(cè)器,可明顯看到正極顆粒的大小、形貌和分布。利用對(duì)表面細(xì)節(jié)極其敏感的T3探測(cè)器,可觀察到在正極顆粒表面存在一層不完全包裹的化合物。從實(shí)驗(yàn)的工藝上,可以推斷出包裹產(chǎn)物是一層納米包裹的LATP。之所以選擇LATP包裹NCM,我們推測(cè)是因?yàn)長(zhǎng)ATP的高電壓穩(wěn)定性且與電解質(zhì)或電解液有更好的接觸界面,另外一方面是包裹之后的NCM顆粒暴露于空氣和濕氣時(shí),具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性,這就避免了在擴(kuò)大生產(chǎn)規(guī)模時(shí)對(duì)干燥室的需要。為了更準(zhǔn)確的表征正極極片中各材料的分布關(guān)系,在低加速電壓下5KV,檢測(cè)EDS-Mapping。

圖片

圖2 正極極片表面元素分布圖

 

因?yàn)橐呀?jīng)確定添加物的種類,就可以通過單一且唯一的元素來代表相應(yīng)的物相,比如P代表LATP,C代表CNT、SP、粘結(jié)劑等混合相,Ni代表NCM正極顆粒。從圖2中,可以看出LATP、NCM等各種材料的分布。CNT、SP、粘結(jié)劑主要分布在正極顆粒之間,LATP也不均勻的分布在正極顆粒之間,但正極顆粒表面是否還額外的存在LATP納米包裹層,僅從EDS的Mapping圖中看,是不能被證實(shí)的(5KV激發(fā)的信號(hào)深度遠(yuǎn)大于包裹層厚度)。因此,為了更好的辨別NCM的晶體類別和LATP包裹層的存在,需要觀察離子拋光后的截面。

圖片

 

圖3(左)正極極片截面形貌;(右)NCM顆粒截面細(xì)節(jié)形貌

 

從離子拋光后的截面圖看,很容易證實(shí)NCM顆粒是單晶顆粒,這也和半固態(tài)電池所需要的高能量密度需求吻合。

圖片

 

圖4 正極極片截面元素分布圖

 

盡管在NCM單顆粒上發(fā)現(xiàn)了類似包裹層的元素分布圖,但考慮到,包裹層可能在10-20nm,SEM-EDS的元素分布結(jié)果依舊是不太可靠的。檢測(cè)策略是利用TEM的高分辨圖像來準(zhǔn)確判斷,如圖5所示。

圖片

 

圖5  NCM粉末的LATP包裹層及其電子衍射譜圖

 

在決定高能量密度半固態(tài)電池的能量衰減和循環(huán)性能的問題上,NCM-LATP的界面改善是一個(gè)非常關(guān)鍵的問題。與目前簡(jiǎn)單的混合工藝相比,LATP涂層可明顯地抑制了循環(huán)容量的下降。在復(fù)雜的界面研究上,盡管FE-SEM可以提供非常好的結(jié)果,但任何單一的檢測(cè)都不能解決實(shí)際問題,因此,需要配合XRD、TEM、STEM(HAADF)進(jìn)行表征,甚至需要TOF-SIMS來檢測(cè)鋰離子的數(shù)據(jù)變化(半定量)。


 

參考文獻(xiàn):

 

1. Kim M Y, Song Y W, Lim J, et al. LATP-coated NCM-811 for high-temperature operation of all-solid lithium battery[J]. Materials Chemistry and Physics, 2022, 290: 126644.

2. Malaki M, Pokle A, Otto S K, et al. Advanced Analytical Characterization of Interface Degradation in Ni-Rich NCM Cathode Co-Sintered with LATP Solid Electrolyte[J]. ACS Applied Energy Materials, 2022, 5(4):

3. 邱振平, 張英杰, 夏書標(biāo), 等. 無機(jī)全固態(tài)鋰離子電池界面性能研究進(jìn)展[J]. 化學(xué)學(xué)報(bào), 2015, 73(10):

4. 陳龍, 池上森, 董源, 等. 全固態(tài)鋰電池關(guān)鍵材料—固態(tài)電解質(zhì)研究進(jìn)展[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào), 2018, 46(1):

5. 劉晉, 徐俊毅, 林月, 等. 全固態(tài)鋰離子電池的研究及產(chǎn)業(yè)化前景[D]. , 2013

6. 許曉雄, 邱志軍, 官亦標(biāo), 等. 全固態(tài)鋰電池技術(shù)的研究現(xiàn)狀與展望[J]. 儲(chǔ)能科學(xué)與技術(shù), 2013, 2(4): 331.

7. Dirican M, Yan C, Zhu P, et al. Composite solid electrolytes for all-solid-state lithium batteries[J]. Materials Science and Engineering: R: Reports, 2019, 136: 27-46.

8. Ding Z, Li J, Li J, et al. Interfaces: Key issue to be solved for all solid-state lithium battery technologies[J]. Journal of The Electrochemical Society, 2020, 167(7): 070541.

9. 中國(guó)科學(xué)院物理研究所李裕博士:面向固態(tài)電池應(yīng)用的正極材料研究,第六屆新型電池正/負(fù)極材料技術(shù)國(guó)際論壇“高能量密度電池及相關(guān)材料失效機(jī)理研究”分論壇


 

聯(lián)系我們

地址:北京市朝陽區(qū)惠河南街1100號(hào)2棟歐波同集團(tuán) 傳真: Email:sale@opton.com.cn
24小時(shí)在線客服,為您服務(wù)!

版權(quán)所有 © 2024 北京歐波同光學(xué)技術(shù)有限公司 備案號(hào):京ICP備17017767號(hào)-4 技術(shù)支持:化工儀器網(wǎng) 管理登陸 GoogleSitemap

在線咨詢
QQ客服
QQ:442575252
電話咨詢
關(guān)注微信
久久精品水蜜桃av综合天堂| 日韩伦人妻无码| 丰满多毛少妇做爰视频| 亚洲欧洲av无码专区| 精品久久久久久无码人妻| 亚洲av综合色区无码二区爱av| 亚洲av永久无码精品| 十八岁污网站在线观看| 天下第二社区在线视频| 男人的天堂中文字幕熟女人妻| 亚洲日韩国产一区二区三区在线| 国产精品videossex久久发布| 丰满少妇作爱视频免费观看| 欧美人与动人物牲交免费观看| 自拍偷自拍亚洲精品被多人伦好爽| 亚洲综合色成在线播放| 亚洲成在人线av品善网好看| 日日躁夜夜躁狠狠躁超碰97| 久久精品中文字幕| 最好看2019高清中文字幕视频| 中国妇女做爰视频| 无码视频在线观看| 全免费a级毛片免费看视频| 亚洲高清乱码午夜电影网| 久久婷婷五月综合色丁香| 欧美精品videossex少妇| 国产精品沙发午睡系列990531| 精品国产一区二区三区久久狼| 九九精品国产亚洲av日韩| 中文人妻无码一区二区三区在线| 亚洲av无码国产精品色午夜| 97久久超碰国产精品2021| 亚洲av无码专区亚洲av伊甸园| 精品国产一区二区三区av片| 欧美乱妇高清无乱码免费| 又大又硬又黄的免费视频| 99久久精品国产一区二区| 少妇人妻偷人精品免费视频| 精品久久久久久中文字幕大豆网| 亚洲三区在线观看内射后入| 日本一卡精品视频免费|