b-science.net·三周电池专利评论·2024-03-06~2024-03-26
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：
POLYPLUS / US 2024088359 A1
要求得到一种如图所示的装置，该装置由以下部分组成：
o 通过沉积含粘结剂的 "绿色薄片 "形成 LCO（钴酸锂）正极活性材料网络，然后进行烧结（粘结剂挥发/在 LCO 网络周围形成孔隙）。
o 在 LCO 网络上涂覆涂层，例如通过湿涂层法或 ALD（原子层沉积）获得的 LiNbO3、Li2ZrO3、Li2SiO3 或 Al2O3 涂层。
o 用离子导电聚合物（如聚[氧亚甲基-寡(氧)乙烯]）、锂盐（如 LiTFSI，双（-三氟甲磺酰基）亚胺锂）和离子导电氧化物（或硫化物）的组合填充正极孔隙，离子导电率比聚合物/盐混合物更高（至少高一个数量级）。
o LATP 固态电解质层（可能通过含粘合剂的浆料沉积获得，厚度≤10 μm）。
o 通过 ALD 沉积在 LATP 层上的中间层，如 LiPON（厚度约为 10 纳米，可保护 LATP 不与锂金属接触）。
o 锂金属负极。
Interlayer (e.g., LiPON): 中间层（如 LiPON）
Inorganic Solid Electrolyte Layer (e.g., LATP): 无机固体电解质层（如 LATP）
Continuous electro active material scaffold (e.g., partially sintered cathode active material): 连续电活性材料支架（如部分烧结阴极活性材料）
Conformal coating on surface of scaffold (optional): 支架表面的共形涂层（可选）
Organic first material phase of the organic component: 有机成分的有机第一材料相
Inorganic second material phase of the organic component: 有机成分的无机第二材料相
虽然本专利申请中包含的实验细节有限，也没有电化学结果，但这项工作说明了一些重要的、尚未充分探索的概念，包括形成连续的正极活性材料网络（可能具有良好的内部离子和电导率）的诱人可能性，以及定制的电极孔径分布，以实现良好的机械特性（体积变化补偿）和离子扩散。
将 LATP 涂覆在 LiPON 上，可将 LATP（除了与锂金属接触时的不稳定性外，具有包括原材料丰富性在内的全面特性）与 LiPON（与锂金属接触时具有良好的界面特性和稳定性，但离子传导性有限）的优点结合起来。
据推测，电池将首先面向需要高安全性、高能量和高功率的高价值利基市场。
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申请人：
NOVONIX BATTERY TECHNOLOGY SOLUTIONS / NOVONIX ANODE MATERIALS / WO 2024039915 A1
NMC811 由 Ni / Mn / Co 金属粉末和 Li2CO3（过量 1 摩尔%）混合制成。将混合物研磨后置于氧化铝坩埚中，然后在管式炉中加热 （600°C 3 小时，然后 920°C 20 小时，然后 870°C 5 小时，加热速度 10°C/分钟，氧气环境）。
扫描电子显微镜图像（见图）显示出单晶形态，表面光滑。该材料显示出 1.29% 的镍/锂阳离子混合。充放电测试显示其可逆容量为 191.1 mAh/g，第一周期损耗为 13.4%，25 个周期后容量保持率为 93.6%（见图）。
Voltage: 电压
Capacity: 容量
Discharge capacity: 放电容量
Cycles: 循环次数
这项工作表明，只要仔细优化多步热处理步骤，就可以通过直接、干燥的工艺从金属前驱体中制造出单晶 NMC811 粉末。
通过采用掺杂和涂层等方法，进一步提高可逆容量、第一周期损耗和循环稳定性将是一个有趣的课题。
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申请人：
宁德时代新能源科技股份有限公司(CATL) /
WO 2024040605 A1
将单壁碳纳米管（SWCNT，用羧基官能团修饰）、碳酸氢铵和酚醛树脂混合（按质量比为 2:5:93）并搅拌（60°C，1 小时），然后预固化（80°C，10 小时），接着气流研磨，使 Dv50 粒径达到 7 μm。粉末凝固（160°C，15 小时，氮气环境）后进行碳化（1,100°C，4 小时，氮气环境），形成 SWCNT / 多孔碳复合基质。
硅被沉积到这种基质的孔隙中（CVD，化学气相沉积，单硅烷/氢气，500°C，10 小时，硅域尺寸 10 nm），然后涂上碳（CVD，乙烯/氮气，800°C，0.5 小时）。
由此得到的硅碳复合材料的 BET 比表面积为 4 m2/g，循环稳定性为 96.1%（在 45°C 下循环 300 次，充电/放电温度为 1 C，负极基于硅碳复合材料/石墨/丁苯橡胶/聚丙烯酸/Na-羧甲基纤维素/Super P 炭黑/碳纳米管 = 10 : 85 : 2 : 1 : 1 : 0. 7 : 0.3 （质量比），基于 NMC811 的正极），相比之下，基于不含碳纳米管的硅-碳复合材料制备的对比电池为 88.3%。
这项工作说明了在硅碳复合材料的碳基质中加入羧酸盐功能化的 SWCNT 如何大幅提高循环稳定性，发明者将其归因于碳基质导电性和机械稳定性的提高。
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申请人：
丰田纺织 / JP 2024024842 A
通过在聚四氟乙烯转移板上涂覆基于 TEC10E50E（铂在Ketjen Black 上，铂金质量％为 46.8）和 20 质量％的 Nafion（溶剂：乙醇/水）的浆料，制备催化剂层。
将涂有涂层的聚四氟乙烯板放在 100°C 的热板上，使溶剂快速蒸发。
用 100°C 快速干燥的催化剂薄片和 25°C 干燥的催化剂薄片生产出膜电极组件 (MEA)。
在 100°C 下干燥催化剂层的 MEA 测得 8.03 W/mg-Pt（铂载量：0.144 mg-Pt/cm2），而在 25°C 下干燥催化剂层的 MEA 测得 5.98 W/mg-Pt（铂载量：0.16 mg-Pt/cm2）。
这项工作说明了 PEMFC 设备中催化剂层的干燥速度如何对功率性能产生重大影响。
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固态锂离子电池（PDF，312页）
高容量负极材料（PDF，248页）
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燃料电池和电解槽（预售，预览版）
