关于钠离子电池的学习记录

12.3博后开题报告记录(高能量密度金属离子电池)

研究背景

液态电解质：

优点：电导率高
缺点：易挥发泄露、封装难

准固态电解质

优点：电导率较高、界面接触较好、稳定性较好
缺点：…（没写）

全固态电解质

优点：克服泄露等缺点、稳定性好
缺点：离子迁移数低、电导率低
目前国际上研究固态电解质主要是三类
其中无机固态电解质机械强度高，但是界面接触性差
而聚合物固态电解质则相反，界面接触性较好，但机械强度差
所以人们提出了一种有机-无机复合固态电解质，希望得到两种优点相结合的电解质
制备方法：将无机纳米材料添加至聚合物电解质中，形成有效的网格结构，一定程度上提高电解质的电导率和离子的迁移率，并改善界面接触性。

目前国际上已经采用的一些纳米材料（MOF、COF、表面修饰的氧化物），从文献报道可知，纳米材料的种类、含量、形貌（尺寸、形状）、电导率等都会影响电解质中离子的迁移和传输。

另外一个还有做纳米材料表面修饰的方向，这个方向主要是纳米材料表面的微环境，比如一些表面化学基团会影响离子在电解质中的迁移和扩散，进而影响电解质和器件的整体性能。

研究内容

1.合成高电导率活性纳米粒子
2.设计合成表面功能分子以修饰活性纳米粒子
3.制备表面修饰活性纳米粒子-聚合物复合电解质
4.获得高电导率、良好界面性能的全固态电解质
5.将全固态电解质运用于金属离子电池

创新点

1.选取高电导率氧化物纳米粒子，如$ LiTi2(PO_4)_3 $、$ Li_7La_3Zr_2O{13} $等，但是由于它表面比较脆，界面接触性比较差，所以电导率较高
传统上是利用高温烧结的方法，制备出来的纳米粒子粒径较大，利用水热法或者微波辅助法(简单、环境友好)制备更小粒径的纳米粒子

2.表面功能分子

A 姑且称毛细基团，B 桥联基团、C 离子作用基团，通过毛细基团将纳米材料与纳米材料的表面功能分子进行共价键连接，一方面可以控制桥联基团的链长度改变功能分子亲疏水性，另一方面可以通过促进离子化的基团来促进我们的功能分子与电解质的相互作用

3.有序离子通道
表面修饰的纳米粒子与聚合物的相互作用使得电解质中能够形成有序离子通道、离子沿着所形成的通道定向有序传输、加快粒子的传输、扩散、进而提高电解质的电导率

4.高能量密度金属离子电池
可制备锂离子电池、钠离子电池等

拟解决的关键问题

1.对于电解质，开发性能优异的固态电解质：室温离子电导率的提升，有序离子通道的形成、机械强度的保证
2.对于界面，改善电极与电解质的界面动力学问题：良好的接触、低的界面电阻、平缓的界面电势分布
3.对于金属离子电池：制备更安全、更高能量密度的金属离子电池

研究计划时间安排

问题：这个电池工作的温度是在多少度？
可以工作在室温，因为测试基本上是在一个恒温的环境，
但是对于全固态电解质，温度会高一点，一般是50多60多，因为温度低的话电导率会低一些，所以希望他的温度能降下来。

问题：全固态电池的电导率及能量密度希望做到多少
电导率比较低，希望能做到$10^{-3}$ 到$ 10^{-4} $
能量密度，希望能做到300mw/kg

“全固态电解质，锂枝晶比较严重，因为采用锂做负极”
目前以我的认识，我认为全固态电解质的锂枝晶问题会比液态电解质的问题少，而且锂离子电池可以不用锂做负极，诸如C、钛酸锂都是比较常用的，但是C容易生成solid electrolyte interphase(SEI)膜,降低库伦效率，似乎钛酸锂更好用
资料

与钙钛矿结合做忆阻器（Memristor）
用钙钛矿做一个离子传输通道，来控制输运