b-science.net 三周电池专利评论 2025-05-22~06-11
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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（紫色字体部分），摘要如下：
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申请人：
中国石油化工股份有限公司（中石化）/ 中石化石油加工研究院有限公司 / CN 119920967 A
制备了一种基于液晶的聚合物固态电解质组合物，其中包含可聚合的向列型液晶单体、丙烯酸酯单体、离子液体、锂盐、交联剂和引发剂。该组合物包含双功能液晶单体，可形成连续定向的聚合物网络。
可聚合向列型液晶单体1,4-[4-(6-丙烯酰氧己氧)苯甲酰氧]-2-甲基苯（C6M，图中顶部），乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）作为丙烯酸酯单体，1-乙基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰)亚胺（EMIM-TFSI）作为离子液体，锂双(三氟甲磺酰)亚胺（LiTFSI）作为锂盐，季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)（PETMP）作为交联剂，以及1-羟基环己基苯基酮作为光引发剂，按质量比20:40:15:15:10:0.8混合。
该混合物溶解于N-甲基吡咯烷酮（NMP，质量比1.4:1），搅拌30分钟后，再进行超声分散30分钟。前驱体溶液被注入带有聚四氟乙烯（PTFE）间隔层（厚度200 μm）的玻璃模具中，并进行紫外光固化（波长365 nm，功率密度20 mW/cm2，温度25°C，时间20分钟）。所得薄膜经真空干燥（80°C，24小时）后，获得最终的液晶基聚合物固体电解质（LCPE）。
扫描电子显微镜（SEM）分析显示，该材料具有多孔网络结构，其中存在定向通道以利于锂离子传输（中图）。表面形态（左图）与连续聚合物基体中均匀分布的孔隙一致，而截面视图（右图）显示整个薄膜厚度范围内存在互联通道。该电解质在25°C下的离子电导率为2.0 × 10-3 S/cm。
采用该电解质的Li/LFP电池展现出优异的循环稳定性（下图）。电池在1 C充放电条件下经过100次循环后仍保持99.3%的容量保持率，并可继续循环1,500次，期间库仑效率保持稳定。Li/NMC811电池在0.2 C充放电条件下经过100次循环后，容量保持率为92.9%。
LFP：磷酸铁锂
LCPE：液晶基聚合物电解质
1C RT：室温下1C倍率
本研究表明，液晶基聚合物电解质展现出极具前景的特性、离子电导率和电化学性能，无需依赖复杂的有机分子或昂贵的原材料。
推测，优化NMC涂层以避免高电压下的副反应是必要的。
高级版本包括另外两项专利讨论，以及包含 50-100 个商业相关的最新专利族的 Excel 列表。
申请人：
北京卫蓝新能源科技股份有限公司 / CN 120015793 A
为全固态硫化物锂离子电池开发了一种具有双层涂层结构的硅基负极活性材料。该材料由硅基底、内层涂层和外层涂层组成，其中杨氏模量值满足B > A > C的关系（A：硅基底 – 28 GPa，B：内层 – 87 GPa，C：外层 – 16 GPa）。
内层涂层包含离子导电和电子导电组分（质量比为2:1至8:1）。LiNbO3用作离子导电组分（离子电导率：≥10-10 S/cm），而单壁碳纳米管（SWCNT）作为电子导电组分。外层涂层由硅掺杂的砷钨酸盐硫化物电解质和SWCNT组成（质量比为1:1）。
首先将纯硅颗粒（初始粒径3 μm）与SWCNT（0.5质量%）在水中分散，然后与铌酸锂前驱体（铌草酸盐和氢氧化锂溶液）混合，随后进行热处理（700°C，3小时，惰性气氛）以形成内层涂层。随后使用硅掺杂的银钾硫化物电解质和SWCNT在乙腈中涂覆外层，并进行第二次热处理（500°C，6小时，惰性气氛）。
负极通过混合涂覆硅材料（67质量%）、Li6PS5Cl固体电解质（25质量%）、柔性氯化物固体电解质添加剂（LiInCl，杨氏模量2.5 GPa，5质量%）、蒸汽生长碳纤维（VGCF，2质量%）及聚四氟乙烯（PTFE）粘合剂（1质量%）制备。
扫描电子显微镜（SEM）图像（顶部图）与双层涂层结构的形成一致。负极的截面分析（中部图）显示硅材料与硫化物固态电解质之间紧密接触，具有高电极密度和极低孔隙率。
在半电池测试中，负极展现出89.3%的首循环效率及如底部图所示的可变C倍率性能。
容量保持率(%): 容量保持率 (%)
循环次数(n): 循环次数(n)
本研究表明，卫蓝正在评估将硫化物电解质与微尺度冶金硅相结合的使用。重点在于通过不同层的力学特性避免或补偿裂纹形成，包括使用LiNbO3、LiInCl和SWCNT。
据推测，负极材料整体组成的原材料成本相对较低，是评估该材料体系的主要原因。
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正极活性材料及其制备方法、正极电极片、电池单元、电池及电气设备
申请人：
宁德时代新能源科技股份有限公司（CATL）/ WO 2025092170 A1
含钠和铁的Li0.85Na0.15Ni0.5Co0.2Mn0.2Fe0.1O2正极活性材料通过将醋酸锂、醋酸钠、醋酸镍、醋酸铁、醋酸钴和醋酸锰溶解于含有柠檬酸的去离子水中制备（总金属与柠檬酸的摩尔比为1:1）。
混合物在60°C下搅拌直至形成固体凝胶，随后在100°C下干燥12小时，再在400°C下干燥4小时，以获得前驱体。前驱体在空气气氛中于750°C下煅烧20小时，制得最终正极活性材料。
据称，该材料与传统NMC材料相比，生产成本显著降低，同时保持良好的能量密度，具体而言，成本降低14.6%，能量密度降低3.0%。
在半电池测试中，该材料展现出196.6 mAh/g的放电容量、88.5%的首循环效率，以及经过50次循环（0.5 C充电/1 C放电，4.25 V vs. Li+/Li上电压极限）后95.2%的容量保持率，而无钠对比材料的相应值分别为193.8 mAh/g、87.9%和90.7%。
这项工作表明，可以在高镍NMC材料中引入钠和铁以降低成本，同时保持良好的电化学性能。
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申请人：
AGC / WO 2025089274 A1
一种基于氟化聚合物的催化剂层组成物，适用于在低湿度条件下性能增强的质子交换膜燃料电池（PEMFC）。
该组分包含具有环状醚结构单元和离子交换基团的氟化聚合物、碳支撑的铂催化剂以及溶剂（水/乙醇）。该氟化聚合物展现出1.3毫当量/克干树脂的离子交换容量，与碳支撑的质量比约为0.8:1。
碳载体制备涉及对比表面积为800 m2/g的碳黑进行处理。通过化学还原方法将铂纳米颗粒（平均直径：2.4 nm，质量负载量：46.9%）沉积于碳载体表面。
催化剂层的制备是通过将该组分涂覆在聚四氟乙烯（PTFE）基底上，随后进行干燥（80°C，10分钟）和热处理（150°C，15分钟，目标铂负载量：0.2 mg-Pt/cm2）。
膜电极组件（MEA）的制备包括将催化剂层热压到Nafion 117膜上（170°C，3.0 MPa，2分钟）。在低湿度条件下（20%相对湿度，80°C，2.0 A/cm2）进行性能测试，电池电压为0.55-0.57 V。
与不含环醚结构单元的传统配方相比，优化配方在90%相对湿度下展现出3.17 × 10-1 S/cm的增强质子导电性，在50%相对湿度下为2.0 × 10-2 S/cm。
本研究表明，氟化聚合物中的环醚结构单元可提升质子导电性。
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