摘要：全固态锂金属电池具有较高的安全性和稳定性,是替代传统锂离子电池成为下一代储能装置的理想选择。然而,固态电解质相较于液体电解液而言,其较低的离子电导率仍然是阻碍全固态锂金属电池得到快速发展的一个关键。综述了不同类型固态电解质离子传输机理,总结了提高固态电解质电导率的改进策略和最新研究进展,归纳了改善固态电解质离子传输性能的技术路线,并对未来新型固态电解质的设计与发展作了展望。

摘要：全固态锂金属电池(Li-SSB)因具有较高的安全性、灵活的可设计性以及较大的能量密度等优点,近年来受到广泛关注。针对固态电解质在长服役周期中的内部损伤演化及刚度衰减问题,采用高分辨率X射线计算机扫描成像重建技术(X-CT)对Li_(6.4)La_(3)Zr_(1.4)TaO_(12)(LLZTO)固态氧化物电解质在Li-SSB长周期充放电过程中的损伤演化过程进行研究。分别对Li/LLZTO/Li对称电池结构在0.3mA/cm^(2)和0.5mA/cm^(2)两种电流密度工况下不同循环次数的内部结构进行三维重建,利用图像的灰度特征提取方法定量得到了LLZTO电解质的内部孔隙演化规律;通过建立LLZTO固态电解质多孔结构的无量纲弹性模量模型,研究了LLZTO固态电解质充放电过程中的模量衰减效应。实验结果表明:Li-SSB中电解质的力学损伤速度随电流密度增大而增大,电池服役阶段电解质损伤程度与循环极化电压高度正相关,电池短路后电解质损伤演化呈现先剧烈后缓和的演化规律。上述结果揭示了在电化学循环过程中电池的内部损失演化规律,对改进和设计高性能的全固态锂金属电池具有一定意义。

摘要：探讨了纤维增强MgO/SiO2水泥的水化机理,重点研究了MgO/SiO2混合比例对该体系水化反应过程的影响。通过抗拉/抗弯强度等测试,研究了MgO/SiO2混合比例与老化时间对材料力学性能的影响,确定了材料性能随MgO/SiO2混合比例的变化规律,获得了最优配方;利用SEM、FT-IR等对MgO/SiO2复合材料水合产物的形貌和组成进行了表征;采用pH值和离子浓度表征,研究了MgO/SiO2水泥的水化过程。结果表明,MgO/SiO2混合体系的水化产物为Mg(OH)2和水化硅酸镁凝胶,MgO/SiO2水泥的力学性能受Mg(OH)2与水化硅酸镁凝胶共同作用的影响,60%MgO-40%SiO2混合比为水泥复合材料的最优配方;加入木质纤维素纤维的60%MgO^40%SiO2试件,第1 d老化时的抗弯强度约为9.2 MPa,相较于普通水泥的7.3 MPa,增长达26%,且经过10 d的加速老化,其抗弯强度仍比普通水泥高。可知在MgO/SiO2中加入木质纤维素纤维可显著增强MgO/SiO2水泥的抗弯强度,改善其力学性能。

摘要：硅基电极材料因其比容量高、低脱锂电位和低成本等优点被认为是最具有潜力的下一代锂离子电池负极材料之一。然而,硅电极在嵌锂/脱锂过程中会产生巨大的体积膨胀,从而引起电极结构的力学损伤,使其力学和电化学性能大幅度衰减,最终影响电池寿命。因此,针对硅薄膜电极在充放电过程中的变形和损伤演化行为开展研究是非常必要的。本文采用射频磁控溅射方法沉积的非晶硅薄膜作为工作电极,以CR2032型纽扣电池为原型,设计了电极可视化纽扣电池,利用激光共聚焦显微镜(Laser Scanning Confocal Microscope,LSCM)系统,结合数字图像相关(Digital Image Correlation,DIC)方法对硅薄膜电极在嵌锂/脱锂过程中的全场变形进行在线测量。基于实验数据中电极应变场和荷电状态(State of Charge,SOC)的关联关系,分析了硅电极在充放电过程中的力电耦合效应。本文结果为进一步研究硅薄膜电极在电化学循环过程中的变形及损伤提供了实验基础,对改进和优化设计新型高性能高容量的锂离子电池具有一定意义。