【原创】固态电池如何实现产业化?掺磷?掺硼?


来源:中国粉体网   墨玉

[导读]  固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的新型电池,与传统电池相比具有能量高、安全性高等优势,固态电池在性能上面具有高的能量密度,电池内部电解质稳定,不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液的特点。

中国粉体网讯  固态电池是一种使用固体电极和固体电解质的新型电池,与传统电池相比具有能量高、安全性高等优势,固态电池在性能上面具有高的能量密度,电池内部电解质稳定,不可燃、无腐蚀、不挥发、不存在漏液的特点。


但也不是说固态电池就是绝对完美的,其缺点包括:①界面抗阻过大;②快充比较难;③成本价格高昂。而其商业化的核心障碍之一在于:可供选择的固态电解质材料太少,该类材料旨在确保锂离子能在正负极之间有效移动。所以研究者们尝试掺杂一些元素,提升材料性能。


日本向固态电池材料里加磷


2017年6月,丰田向美国提交的一份编号为20170179545的固态电池专利申请被公开。研究表明,该固态电池由硫化固态电解质和电极活性材料构成,其中,电解质材料的组成包括锂、磷、硫、碘等四种元素;正极材料则包含了一种磷酸酯。该磷酸酯在正极材料中的重量占比范围在1~30%不等。通过在正极材料中添加磷酸酯,该固态锂电池的热稳定性得以改善。7月,丰田表示,计划于2022年开始销售由全固态电池提供动力的电动车。


美国打算用硼原子替代碳原子


劳伦斯利福摩尔国家实验室的科学家Brandon Wood与(美国)国家标准技术局的科学家Mirjana Dimitrievska负责牵头一项国际性研发合作,其研究团队发现在锂电池电解液中,若采用硼原子代替碳原子,提升了锂离子的流动性。对于固态电池而言,该特点颇具吸引力。


新研究主要致力于新材料——闭合硼酸盐是一款盐类物质,其含有带正电荷的无水氯化锂和带负电荷的闭合硼酸阴离子。该研究表明,闭合硼酸阴离子可快速地完成其位置的重新调整,在固态基质内徘徊,按特定的优先定向进行交替位移。若向闭合硼酸阴离子添加碳,就会生成所谓的偶极子,后者将排斥附近碳原子内的锂离子。随着阴离子的疾驰,碳原子将面向不同的位置,每次都将迫使固态基质内的锂离子移动到附近区域。由于该类盐内均为疾驰的阴离子,从而导致锂离子的流动速度变得非常快。


来自苏州大学田景华教授磷和硼都掺,想知道这种方法的可行性有多大?欢迎参加由中国粉体网举办的“2019高比能固态电池关键材料技术研讨会暨第三届能源颗粒材料制备及应用技术高峰论坛”,田景华教授将作《磷硼共掺杂碳包覆的LiNi0.5Mn1.5O4锂离子电池高压正极材料的制备与性能研究》报告,告诉您掺了磷和硼的电池正极材料的研究进展,期待您的到来。


专家简介




田景华教授,2003年厦门大学化学专业本科毕业,同年本直博攻读厦门大学物理化学专业博士,2009年取得博士学位。2009年3月-2010年9月在法国巴黎高等师范学校(Ecole Normale Supérieure Paris)化学系从事博士后研究,2010年10月-2013年4月在瑞士苏黎世联邦理工学院(ETH Zürich)任职Research Associate。2013年5月加入苏州大学能源学院。目前已在JACS, Nanotechnology, ChemPhysChem.等国际重要期刊上发表论文20余篇。


参考资料:

汽车用车小助手.听说固态电池的性能非常好,优点很多,为什么没有被商用?

鹏城孤影.固态电池优缺点分析,属于它的时代已经来了?

盖世汽车.硼原子替代碳原子 闭合硼酸盐或成固态锂电池电解质材料


(中国粉体网编辑整理/墨玉)

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作者:墨玉

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