Science: 超高能量密度無鉛介電薄膜的多晶納米設計
超高功率密度介質電容器是電力電子系統中的基本儲能元件。然而，其發展過程中面臨的一個長期挑戰就是提高它們的能量密度。清華大學的林元華教授與南策文院士團隊用多晶納米域設計策略設計了具有超高能量密度的無鉛介電薄膜。他們在相場模擬的指導下，構思併合成了無鉛的BiFeO3-BaTiO3-SrTiO3固溶膜。這種方法對於設計高性能介電材料和其他受益於納米結構操作的功能材料提供了借鑑意義。
文獻鏈接：
https://science.sciencemag.org/content/365/6453/578?rss=1
南策文院士團隊EnSM：高電導硫化物/聚合物複合電解質助力高性能全固態鋰硫電池！
全固態鋰電池(ASSLBs)具有較高的理論容量和良好的安全性，被認為是未來能源存儲設備的理想選擇。在各種固體電解質中，具有高離子導電性、製備方法方便和低界面阻抗等優點的硫化電解質備受關注。然而含無機固態電解質的ASSLBs通常具有較厚的電解質層(大於1mm)，這顯著降低了電池的能量密度。因此，製備一種具有自支撐性能的低厚度高電導的電解質層是實現高性能ASSLBs的關鍵。基於此，清華大學南策文院士和李亮亮副研究員通過液相法制備了一種厚度僅為120μm且具有自支撐性能的78Li2S-22P2S5玻璃陶瓷(7822gc)/聚合物複合固體電解質膜。在加入鋰鹽的條件下，該7822gc/PEO或7822gc/PVDF複合電解質的室溫電導率可達4–7×10−4 S cm-1。該複合電解質膜的面積電導高達59.0 mS cm−2，約為純7822gc電解質片的2.7倍。相關研究內容以“Free-Standing Sulfide/Polymer Composite Solid Electrolyte Membranes with High Conductance for All-Solid-State Lithium Batteries”為題發表在Energy Storage Materials雜誌上。
原文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829719310165#fig7
中科大馬騁教授、清華大學南策文院士《Matter》:固態鋰電池電極-電解質接觸問題的研究取得重要進展
中國科學技術大學馬騁教授課題組和清華大學南策文院士團隊在鋰電池固態電解質的研究上取得重要進展。研究者使用球差校正透射電鏡對固態電解質和電極材料的界面進行觀測，發現富鋰層狀結構的正極和鈣鈦礦結構的固態電解質之間可以形成外延界面。利用這一現象，研究者製備了倍率性能可與傳統漿料塗覆正極相比的複合正極，為克服固態電池中電極-電解質接觸差這一瓶頸提供了新思路。相關研究成果以“Atomically Intimate Contact between Solid Electrolytes and Electrodes for Li Batteries”為題發表在Cell Press旗下的材料學旗艦期刊《Matter》上（DOI: https://doi.org/10.1016/j.matt.2019.05.004）。
南策文院士JMAT：高電導率自支撐Li6PS5Cl/PVDF複合固體電解質
採用硫化物固體電解質的全固態鋰離子電池由於其高能量密度和高安全性引起了人們的廣泛關注。然而, 較厚的固體電解質層和鋰銦合金負極的使用限制了其能量密度的進一步提高。為了實現高性能的全固態電池，構建具有高電導率，良好的對鋰循環穩定性的薄自支撐電解質膜顯得尤為重要。基於此，清華大學南策文院士團隊採用漿料法制備了具有高離子電導且對鋰循環穩定的Li6PS5Cl（LPSCl）/聚偏二氟乙烯)(LPSCl/PVDF)複合電解質膜。並系統研究了PVDF含量對LPSCl/PVDF複合電解質的顯微結構、微觀形貌、離子電導率及活化能的影響規律。該研究成果以High-conductivity free-standing Li6PS5Cl/poly(vinylidenedifluoride) composite solid electrolyte membranes for lithium-ion batteries為題發表在期刊Journal of Materiomics上。
範麗珍&南策文AEM：實用化全固態電池技術——無溶劑合成超薄柔性石榴石基複合電解質用於全固態鋰電池
石榴石型結構鋯酸鑭鋰（LLZO）固體電解質由於其具有高的離子電導率、電化學和化學穩定性以及對枝晶的抑制能力成為全固態鋰電池開發的熱點，但是大面積陶瓷片規模化製備困難以及陶瓷的脆性限制了其在電動車等領域的直接應用。聚合物/離子導體複合電解質可以結合無機物的剛性與聚合物的柔性等優勢而受到眾多研究者的青睞。目前製備聚合物/陶瓷複合電解質多數採用溶液澆鑄法制備，該方法適用於大規模的卷對卷製備技術，但是大量溶劑的使用與回收會造成成本的提高和環境的汙染。北京科技大學範麗珍教授團隊採用無溶劑法合成了高陶瓷含量的複合電解質，即通過簡單的幹混把鋰鑭鋯氧粉體用聚四氟乙烯（PTFE）粘結起來，並進一步通過擠出輥壓並藉助尼龍網作為骨架形成電解質膜。通過熔融的塑晶電解質灌注電解質和正極進一步提高電解質的電導率和形成複合正極降低電池界面阻抗，實現了在磷酸鐵鋰和三元全固態電池的應用。
該成果以Solvent-freeSynthesis of Thin, Flexible, Nonflammable Garnet-based Composite SolidElectrolyte for All-Solid-State Lithium Batteries為題發表在Advanced Energy Materials，2020，10：1903376 (DOI: 10.1002/aenm.201903376).
資料來源：材料牛、清新電源、材料科學前沿、全固態電池ASSB等。
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