瑞士b-science.net三周电池专利评论2023-09-01~09-21
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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锂离子电池– 电解质– 固体和凝胶
申请人:QUANTUMSCAPE BATTERY / WO 2023154571 A1
描述了一种烧结装置（见下图），采用快速热处理（RTP）方法，炉子在1,050°C和1,250°C之间加热30秒至3分钟。在金属箔上铸造的绿色胶带（含粘合剂的氧化膜前体）被激光切割，并堆叠在底部石墨加热板上的镶嵌组件（135）之间，顶部石墨板（110）位于紧靠上方。
设定器组件（135）由密集的Al2O3板组成，绿色板（130）铺设在金属支架上（例如W、Ni、Mo基）上，周围是陶瓷或金属框架和顶部的另一块Al2O3板。
该组件以50°C/min至100°C/min的斜坡速率加热到800°C，用氩气流保持5分钟，然后以100°C/min至300°C/min的斜坡速率加热到1100°C进行烧结。30秒后，它被冷却到室温100°C/min至300°C/min。炉子包含多个带加热元件的区域（110）。材料以2-8厘米/分钟的距离在输送机上通过区域移动。
加工材料，如固态电解质或锂填充石榴石，预烧结厚度约为100微米，后烧结厚度在10微米至30微米之间。
以下其他数字包括固态电解质层的SEM图像和循环数据（6层电池、锂金属负极、NMC基正电极、含有锂盐的液体正极、1.35C电荷、1C放电、25°C、1个大气）。
110: 加热元件
130: 绿板（固态电解质层的前身）
135: 设定器
140: 烧结元素
150: 单独的区域
250: 控制器
290: 传送带
295: 滚筒
Selection normalized discharge energy: 选择归一化放电能量
Cumulative cycle index: 累积周期指数
这项工作说明了在高通量烧结氧化物薄膜方面所做的努力，在烧结过程中仔细平衡了薄膜的缺陷，以最大限度地降低成本，同时不对电化学寿命产生负面影响。
与目前使用的锂离子电池电极涂层工艺（可达到20米/秒）相比，2-8厘米/分钟的吞吐率要低得多。
锂离子电池 - 正极
申请人: 巴斯夫 / WO 2023161048 A1
在55°C下用去离子水填充一个储罐式反应器，并使用氢氧化钠将pH值调整到8.05。通过加入Ni和Mn硫酸盐的水溶液（1:2摩尔比，1.65摩尔/千克）和27质量%的碳酸钠溶液，启动了共沉淀反应。通过连续进料系统，生产、过滤、洗涤、在120°C下干燥和筛分的过渡金属碳酸盐前体。所得材料与Li2CO3（Li/过渡金属摩尔比为1.30）结合，在20%的氧气和80%氮的气体混合物下加热到930°C5小时，并通过32微米的网格进行筛分。
SnSO4（相对于未涂层正电极活性材料的3.0质量%）通过超声波分散在去离子水中。添加前一步准备的材料，进一步声波化，然后搅拌3小时。在80°C的真空下去除水48小时。得到的粉末经过热处理：在2°C/min加热到500°C，在空气中保持该温度5小时。最终产品表现出SnO2涂层。
下表说明了与无涂层材料B-CAM.1相比，这种材料（CAM.1）在半电池测试中的循环稳定性有所提高。
discharge cycle: 排放周期
这项工作说明了氧化锡涂层如何非常显著地提高通过碳酸盐中间体生产的活性材料的容量保持率，该中间体可能对应于富含锂的分层氧化物（LRLO，潜在的非常高的可逆容量，范围为270毫安时/克，尽管这在专利申请中没有明确披露）。
离子电池 - 负极（不包括锂金属电极）
申请人: 松下 / WO 2023162716 A1
Al2O3、Li2CO3和B2O3混合并在750°C下燃烧10小时。接下来，将原硅（3N，10微米尺寸）与这种材料混合，然后在行星球磨机中用24个SUS钢球在200 rpm的惰性气氛中混合和研磨50小时。
所得粉末在200兆帕压力下在800°C下在200兆帕的压力下在800°C下燃烧4小时，产生烧结体。这个物体被粉碎，筛分到不到40微米的颗粒大小，导致硅颗粒分散在含有硼的铝酸锂中。
将煤沥青添加到这种粉末中，然后在800°C的惰性环境中烧结5小时。在这些颗粒上形成了一个导电碳层，占总质量的5%，然后对这些颗粒进行筛分，达到5微米的平均尺寸。
该材料的元素比Si / Li / Al / B为71.6：3.4：20.8：4.2，孔隙率为8%，Si结构域大小为10.7 nm，半电池的第一循环效率为89%，200个循环后容量保留率为87%（全电池，LCO正电极，大概1 C电荷/放电）。
这项工作表明，松下研究将铝和硼结合到硅颗粒中，以提高电化学性能。
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
申请人: 丰田汽车 / JP 2023115810 A
步骤1：准备碳载体
Denka的Li-435碳载体分散在30%的乙醇溶剂中，并使用珠磨机粉碎2小时。由此产生的碳载体表现出159 m2/g的特定表面积和0.96 μm的粒度（D90）。
下图说明了如果要避免电极催化剂的缺陷，步骤1中制备的碳支撑材料的粒度（D90）应如何低于1微米。
第2步：电极催化剂的制备
步骤1中准备的碳载体分散在水中。它的pH值用硝酸调整到2或更少，然后脱气。添加了二硝胺铂（II）硝酸溶液和99.5%的乙醇。这种混合物在90°C下加热1小时，然后过滤。所得固体在100°C下风干12小时，然后在300°C的氩气中热处理，获得33%的质量%的Pt支持碳载体。依次加入硝酸钴和硼氢化钠，搅拌混合物3小时。过滤后，残留物在100°C下风干12小时，然后在800°C的氩气中热处理成合金。
第3步：电极催化剂油墨的制备
在前一步中制备的电极催化剂与水和乙醇混合（体积为2：1）。添加Nafion离子异构体溶液，然后使用超声波均质器进行分散。该产品经过过滤以获得电极催化剂油墨。
第4步：电极催化剂层的制备
使用刮刀，将前一步制备的催化剂油墨涂在PTFE（聚四氟乙烯）衬底板上，并在80°C下干燥3小时，目标是0.3mg-Pt/cm2 Pt质量。
第5步：生产MEA
第4步的电极层被放置在Nafion 117膜的两侧，并在170°C下热压300秒，形成MEA。
電極触媒層中の欠損率: MEA（膜电极组件）中电极催化剂层的缺陷率
カーボン担体粒径: 碳载体的颗粒大小
这项工作可能反映了重要的优化工作，这反过来可能表明类似的材料配置和工艺顺序可能已经升级。
这项工作说明了碳催化剂支撑材料的粒度分布如何对可靠性至关重要。
申请人: 博世 / WO 2023151016 A1
云母（黝帘石、透辉石、黑云母和锂辉石）在酸性溶液中加热，以与质子交换K、Na或Ca。由此产生的质子交换云母用于构建膜（5-20微米厚度），并作为催化剂油墨的成分，与碳载体的铂（Pt/C）或铂合金（Pt-alloy/C）催化剂结合使用。在催化剂层中，云母粉与催化剂粉的质量百分比在0.4:1和1:1之间。
没有披露电化学结果。
这项工作说明了博世如何考虑基于质子交换云母的构建膜电极组件（MEA）。
申请人:东丽 / WO 2023157745 A1
TokaBlack #3800（东海耀碳素，比表面积：27m2/g）、PTFE（聚四氟乙烯、Polyflon D-210C、大金工业）、分散剂Triton X-100（Nacalai Tesque）和水以75:25:150的体积比例混合，产生微孔层形成涂层液体，其不可降解成分（碳细颗粒和氟树脂）的质量为23%。
使用行星混合器确保了涂层液体成分的均匀性。这种涂层涂在导电多孔基材上，在100°C下干燥10分钟，然后在350°C下再加热10分钟，形成气体扩散电极。该层的表面粗糙度为6微米。
电极在1 A/cm2（用作负极和正极）时的发电性能为0.58V，CRT（电池反转公差）评估表明保留时间为50小时（从氢气切换到氮气后电池电压降至-1.5V以下的时间，200mA/cm2）。
这项工作说明了与其他碳（来自东海耀碳素的其他型号、电化和卡博特）相比，在气体扩散层（GDL）的微孔层（MPL）中使用来自东海耀碳素的Toka Black#3800如何更有利于提高电化学性能。
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固态锂离子电池（PDF，295页）
高容量负极材料（PDF，223页）
高容量正极材料（PDF，180页）
燃料电池和电解槽（预售，预览版）
