瑞士b-science.net 三周电池专利评论 2023-11-22~12-12

针对锂电池行业创新比较活跃的固态电解质、高能正极、高能负极及燃料电池材料,瑞士b-science.net收录了最近三周全球比较重要的专利申请,并对关键专利进行了评论(引用形式表示),摘要如下:

锂离子电池 - 电解质 - 固体和凝胶

在大孔支架上制造固态离子导电膜的方法

申请人:AMPCERA / US 11819806 B1

将大孔 PDMS(聚二甲基硅氧烷)支撑支架(通过将泡沫镍注入 PDMS,然后用盐酸蚀刻掉镍)浸入饱和盐溶液(如卤化物或氧化物基,具体盐类未披露)中, 然后进行干燥、打磨、抛光、沉积离子导电膜(如氧化石榴石基),接着烧结将 PDMS 转化为碳化硅。

随后将所得材料浸入水和盐水中,形成致密的离子导电双层固体电解质复合膜。

本专利不包含实验结果。

Macro Porous Support Scaffold: 饱和盐溶液

饱和盐溶液

Applied Heat: 应用热量

Salt Filled Macro Porous Support Scaffold: 盐填充宏多孔支撑脚手架

Sanding: 打磨

Polishing: 抛光

Salt Filled Macro Porous Support Scaffold with Smooth Surface: 表面光滑的盐填充宏多孔支撑脚手架

Deposition: 沉积

Ionic Conductive Membrane: 离子导电膜

Sintering: 烧结

Dense Ionic Conductive Membrane on a Salt Filled Macro Porous Support Scaffold: 盐填充大孔支架上的致密离子导电膜

Water: 水

Salt Water: 盐水

Dense Ionic Conductive Membrane on a Macro Porous Support Scaffold: 宏多孔支架上的致密离子导电膜


这项工作可以构建包含盐类的复合双电层电解质,盐类由多孔、惰性、隔离碳化硅框架支撑,碳化硅框架具有定制的孔径分布和扭曲度。这项工作非常有趣,因为一系列成本相当低廉的盐类具有良好的电化学特性(如良好的离子传导性、电化学窗口、与锂金属结合时的润湿性,参见 《全球固态锂离子电池创新及专利报告》),但由于存在裂缝和形成微孔的风险(短路风险),很难将其融入薄膜中。这种方法可以构建具有高导电性的离子通道,并由机械稳定的碳化硅框架支撑,理想情况下薄膜厚度较小(如 5-10 μm)。一个问题是,烧结过程是否能够选择性地快速形成碳化硅(例如使用激光烧结),导电碳是否会作为不希望得到的副产品形成 (学术参考资料)。

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锂离子电池 - 正极

一种富锂锰基正极材料前驱体及其制备方法

申请人: 巴斯夫杉杉电池公司 / CN 117080425 A

前驱体Ni0.35Mn0.65(OH)2是以草酸钠为螯合剂,在45℃下通过共沉淀反应制备得到的。前驱体的碳含量分布均匀,为 1,813 ppm,BET 比表面积为 27.8 m2/g,D50 粒径为 10.2 μm。

氧化物活性材料是通过与碳酸锂(摩尔比为 1:1.13)混合和热处理(900°C,6 小时,氧气环境)制备的。

半电池测试表明,其放电容量为 278.4 mAh/g,首次循环效率为 91.5%,50 次循环后的容量保持率为 97.3%。

下图展示了不同镍/锰摩尔比(0.4 : 0.6)的类似样品的 SEM 图像。

这项研究表明,在共沉淀过程中使用含碳螯合剂(如草酸钠),形成含碳的氢氧化物前驱体,可以大大提高 LRLO(富锂层状氧化物)材料的性能。虽然碳很可能在煅烧过程中被烧掉,但它似乎对最终材料的形态有非常重要的影响,从而提高了材料的性能。上图表明,这些材料的电解质/电极界面面积相当大,显然不会导致寄生反应升高,而颗粒中的空隙体积可能会降低裂纹形成/机械老化效应的风险。

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锂离子电池 - 负极(不包括锂金属电极)

掺杂元素的硅碳复合负极材料及其制备方法

申请人: 鸿海精密工业(富士康) / SolidEdge Solution / EP 4276937 A1

半导体级硅(粒度大于 10 μm)在研磨机中以 2,400 至 3,000 rpm 的转速进行机械加工。在研磨过程中,加入二甘醇和 5 质量%的 N-烯丙基-(2-乙基氧杂蒽基)丙酰胺(NAPA), 硅的粒度被减小到 50-100 纳米。引入硼、磷或铜源进行掺杂(前驱体的具体性质未披露)。随后,加入 10 质量%的片状天然石墨和炭黑(数量未披露),使纳米硅沉积在碳衬底上。

然后在 950°C 的氮氢或氩氢气氛中对前驱体进行 8 小时的热处理,最终得到掺杂硅碳复合材料。

负极由 1 质量%的 Super P 导电炭黑和 11 质量%的苯乙烯-丁二烯-橡胶(SBR)粘合剂制备而成。

下表显示了掺杂和未掺杂活性材料的半电池测试结果(0.1 C 充电/放电)。

Number: 编号

Doped element: 掺杂元素

Addition percentage: 加法百分比

Faraday first effect: 法拉第第一效应

Delithiation capacity: 除铁能力

Retention rate: 保留率

cycles: 循环


这项工作说明,掺入大量硼、磷或铜可改善纳米硅涂层石墨活性材料的电化学特性。

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质子交换膜燃料电池、固态氧化物燃料电池、磷酸燃料电池、阴离子交换膜燃料电池 - 电化学活性材料

H用于燃料电池的高结晶度多孔催化剂及其制造方法和使用该催化剂的燃料电池

申请人:Korens RTX /KR 20230153210 A

将碳材料(未详细说明)与 Zn3(PO4)2(质量比为 80:20)混合,然后进行热处理(1,600-2,600 °C,2 小时,真空环境)。锌基添加剂可降低团聚率,并有助于控制孔隙的形成(见上图)。将得到的材料分散在水/酒精混合物中,然后在碳支撑材料上形成铂催化剂,接着进行电子束辐照(约 15 分钟)。所得到的碳支撑催化剂的 BET 比表面积为 246 m2/g。与使用空气活化碳支撑材料上的催化剂制备的膜电极组件(见下图)相比, 使用这种催化剂的 Nafion 基膜电极组件(MEA)的老化速度相当缓慢(见中图,BOL:寿命开始,EOL:寿命结束)。

evaporation:蒸发

这项工作说明了如何结合 Zn3(PO4)2 对碳前驱体进行热处理,从而控制纳米结构,提高 PEMFC 性能。

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