清华大学, 化学工程系绿色反应工程与工艺北京市重点实验室, 北京 100084
固态锂电池因其具有高能量密度等优势, 被认为是最具潜力的下一代电池技术之一。固态锂电池的诸多优势源于其中固态电解质材料的使用。机器学习方法的兴起为锂电池固态电解质研究提供了新的机遇。机器学习可以拓展传统理论模拟方法在固态电池研究中的应用边界, 推动高精度、跨尺度模拟方法的发展; 预测固态电解质离子导率、力学性质等关键指标, 在原子层面理解固态电解质的构效关系, 实现高性能固态电解质的高通量筛选; 辅助固态电池实验研究, 指导新型固态电解质合成, 深入定量解析固态电池谱学表征。因此, 机器学习方法的引入及其与理论模拟、实验之间的深度耦合将极大地推动固态电解质研究, 促进固态锂电池的实用化进程。
锂电池 固态电解质 机器学习 离子导率 分子动力学模拟 lithium batteries solid-state electrolytes machine learning ionic conductivity molecular dynamics simulations
新型电池物理与技术教育部重点实验室，吉林大学物理学院，长春 130012
在新一代储能领域中，相比于传统的有机液态电池，全固态电池具有安全性高、能量密度高和循环寿命长等优势，对其电解质的研究更是关注的重点。有机-无机复合固态电解质结合了无机固态电解质高强度、高稳定性、高离子电导率与聚合物固态电解质的质软、易加工的优势，是目前最有潜力的电解质体系。对锂离子固态电解质的基础进行了简介，并着重对有机-无机复合电解质存在的问题(离子电导率、固固界面、电化学窗口及两相相容性)及优化策略进行总结，最后对复合电解质面临的关键挑战和未来发展趋势进行了展望。
锂离子电池 固态电解质 有机-无机复合固态电解质 离子电导率 固固界面 lithium ion battery solid-state electrolyte organic-inorganic composite solid electrolyte ionic conductivity solid-solid interface
1 北京理工大学材料学院，北京 100081
2 北京理工大学前沿交叉科学研究院，北京 100081
3 清华大学化学工程系，北京 100084
采用固态电解质的固态锂电池有望从根本上提高电池的安全性能及能量密度，被认为是最具应用前景的下一代电池技术之一。在诸多固态电解质中，硫化物固态电解质由于超高的离子电导率被认为最具实用化前景，但固态电解质膜易碎、难以加工等问题严重阻碍了其在固态电池中的应用。近年来，大量研究成果表明在固态电解质中引入柔性聚合物或柔性支撑载体等可以实现固态电解质膜的柔性化，从而可以解决固态电解质在规模化、薄膜化制备过程中脆裂问题。因此，固态电解质柔性化是推动固态电池工业化的重要解决方案之一。首先介绍了硫化物固态电解质的理化性质及发展历程，随后，总结了聚合物自支撑方法与柔性骨架支撑策略在固态电解质柔性化方面的研究进展，并分别讨论了湿法和干法工艺在硫化物固态电解质柔性化方面的技术特点和优劣，最后对未来发展趋势进行了展望，旨在进一步推动固态锂电池迈向实用化。
硫化物电解质 固态电解质 柔性 固态锂电池 sulfide electrolytes solid-state electrolyte flexibility solid-state lithium batteries
成都理工大学材料与化学化工学院, 成都 610059
固态电解质是高安全性、高能量密度的全固态锂电池的核心部件, 其典型代表Li7La3Zr2O12(LLZO)具有高离子电导率、高机械强度、高电化学稳定性、低界面阻抗以及对锂金属负极良好的稳定性等优势, 是科研人员重点关注的对象之一, 但与液态电解质相比, 目前LLZO仍存在低离子电导率和与电极固-固界面接触等问题。本文主要简介了LLZO的晶体结构、改性方式等对其离子电导率及界面阻抗的影响, 同时对LLZO现存的问题进行了总结, 对LLZO的未来发展方向进行了展望, 为探索全固态锂电池的实际生产应用提供理论指导。
固态电解质 全固态锂电池 晶体结构 离子电导率 界面阻抗 solid-state electrolyte Li7La3Zr2O12 Li7La3Zr2O12 all-solid-state lithium battery crystal structure ionic conductivity interface impedance
1 中国科学院兰州化学物理研究所, 甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室, 环境材料与生态化学发展中心, 兰州 730000
2 中国科学院大学, 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 甘肃省水务投资有限责任公司, 兰州 730000
锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网等领域, 深刻地影响着人们的日常生活。但是受限于其低的能量密度、安全性等问题, 需开发稳定、高效的电化学存储材料。黏土矿物因其独特的纳米结构、丰富的活性位点、高的比表面积、丰富的储量和低成本等优点, 在锂二次电池领域有着广阔的应用前景。本文首先介绍了黏土矿物纳米材料的分类、结构和化学组成等。然后, 综述了黏土矿物纳米材料在锂二次电池隔膜和固态电解质隔膜方面的应用研究进展。最后, 总结了黏土矿物在电化学储能领域的优势和不足, 并展望了其未来发展趋势。
黏土矿物 隔膜 固态电解质 锂离子电池 锂金属电池 多硫化物 锂枝晶 clay mineral separator solid electrolyte lithium ion battery lithium metal battery polysulfide lithium dendrite
1 昆明理工大学材料科学与工程学院, 锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室,云南省先进电池材料重点实验室, 昆明 650093
2 昆明理工大学材料科学与工程学院, 锂离子电池及材料制备技术国家地方联合工程实验室,云南省先进电池材料重点实验室, 昆明 650093)
可充式锂-二氧化碳电池为捕获CO2和能量存储提供了一种新方法。尽管该技术从发展之初至今取得了很大进步, 但它们在实际应用中还面临着许多限制和挑战。其中, 在充放电机理方面的研究, 虽然取得了显著的成就, 但仍存在一些争议。目前, 大部分的锂-二氧化碳电池研究在提高电池性能方面, 主要针对的是阴极催化剂的制备, 例如, 碳基催化剂、贵金属基催化剂、过渡金属基催化剂、可溶性催化剂等。上述催化剂虽显著提高了电池性能, 但少有同时满足价格低廉、制备方法简单和催化性能优异等优点的催化剂, 这也是限制锂-二氧化碳电池走向实际应用的因素之一。由于锂-二氧化碳电池属于半开放式系统, 液态电解液存在泄露、蒸发和锂枝晶等问题, 导致电池的安全性和性能的降低。采用准固态电解质可有效解决上述问题, 并为柔性可穿戴锂-二氧化碳电池的实现提供了可能。本文归纳了锂-二氧化碳电池关键材料的研究进展, 分别对锂-二氧化碳电池的充放电机理、阴极催化剂、准固态电解质和阳极锂保护四部分进行了介绍, 对其发展的现状和面临的挑战以及未来发展的趋势作出了归纳和总结。为开发高效可逆的锂-二氧化碳电池提供参考。
锂-二氧化碳电池 阴极催化剂 固态电解质 阳极锂保护 电池性能 lithium carbon dioxide battery cathode catalyst solid electrolyte anode lithium protection battery performance
1 福州大学 至诚学院，福建 福州 350002
2 福建卫生职业技术学院，福建 福州 350101
基于固态电解质的金属氧化物薄膜晶体管具有良好的环境稳定性和优异的电学性能，因而具有巨大的应用潜力。针对传统基于固态电解质金属氧化物薄膜晶体管调控方式工艺复杂、制备时间长的问题，本文采用高k固态电解质Ta2O5作为栅绝缘层，透明氧化铟锡(ITO)作为有源层以及源漏电极，在沉积半导体层和电极之前，利用飞秒激光对Ta2O5绝缘层薄膜进行照射处理。探究了不同激光强度对固态电解质金属氧化物晶体管电学性能的影响。随着激光强度的提高，晶体管的开态电流提高，阈值电压负向漂移。同时，本文进一步探索了激光对固态电解质晶体管突触性能的影响，兴奋性后突触电流(EPSC)随着激光强度的增强而增加。XPS测试表明，Ta2O5薄膜中氧空位含量增多，从而导致器件电导的变化。本文利用激光优异的加工处理速度和对材料性能的精确控制，提出了一种简单、快速(<1 s)、低温(<45 ℃)地调控晶体管性能的方式。
固态电解质 金属氧化物薄膜晶体管 激光 solid electrolyte metal-oxide thin film transistor laser
