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锂离子电池 – 电解质 – 固体和凝胶
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含硅层全固态电池
申请人：
LG新能源/加州大学/
WO 2025234725 A1
开发了一种无负极全固态电池，其特点是在铜集流体上形成非晶硅层。该硅层厚度可达500纳米（见图），从而使Ns/P比值（硅层电荷容量与正极电荷容量之比）小于0.3。
该电池采用Li6PS5Cl（LPSCl）固态电解质隔膜，正极复合材料由NMC811与LPSCl及气相生长碳纤维（VGCF）组成（质量比：66:31:3，碳负载量3 mAh/cm2）。通过溅射法在铜基底上沉积了500纳米的非晶硅层。该复合结构在循环测试前经370兆帕压力压制，循环过程中维持5兆帕的结构压力。
初始充电过程中，硅锂化反应在3.7V电压下完成（0.25 mAh/cm2），形成非晶态LixSi1-x（0.5<x<0.79）化合物，其组成符合Li0.7Si0.3。后续锂金属沉积（2.75 mAh/cm2）在预锂化硅基底上形成致密锂层。锂化硅层在整个循环过程中保持稳定，未发生额外硅元素参与反应。
在全固态硫化物电解质电池中进行的倍率性能测试显示，电池在高达C/5（0.6 mA/cm2）的倍率下仍保持稳定循环。采用LiPON固态电解质的薄膜电池展现出高达5.0 mA/cm2的关键电流密度，较裸铜集流体提升五倍。
本研究证实：通过调控Ns/P比值的非晶硅种子层，可在无阳极固态电池中实现锂金属的均匀成核与生长。
低Ns/P比值确保初始充电时硅完全锂化且后续不再参与反应，避免了高Ns/P比值（>0.3）下出现的硅粉化及短路问题。
相较于LiPON，Li6PS5Cl更低的临界电流密度解释了为何多家商业企业最初专注于将硅基活性材料与硫化物电解质结合，同时也说明了整合多种硫化物研发概念协同效应的全面产品开发策略为何不可或缺。
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本发明开发出具有定向孔道结构的固态电化学电池，其侧壁表面形成电子导电网络（见图示）。该电池包含正极、负极及固态电解质隔膜。正极活性材料为NMC，负极由锂金属构成。固态电解质为Li6.95La2.75Mg0.15Sr0.25Zr2.0O12。
通过多材料图案印刷技术在两极形成定向孔道：垂直图案沉积碳前驱体墨水（蔗糖或酚醛树脂），固态电解质墨水则沉积于图案周边。经烧结后形成定向孔道（孔径：10-100 μm，侧壁长度：10-200 μm），离子导电的电解质丝束贯穿整个电极。烧结过程中，碳前驱体分解形成孔道，同时碳化形成覆盖孔壁的电子导电网络涂层。
电子导电网络从集流体延伸至电解质隔膜覆盖孔壁表面，使整个电极活性物质均能发挥作用，而非仅限于集流体邻近区域。正极包含填充孔隙，其密封结构可隔离负极与正极材料。
105：陶瓷电解质隔膜
150'：离子导电固态电解质丝
160：定向孔隙
162：孔壁表面
170：正极活性材料
180：电子导电网络
1300：固态电池
本研究表明，多材料图案化印刷技术可在定向孔壁表面形成碳基电子导电网络，实现电极活性材料的充分利用。缺乏此类网络的对照结构功能受限，仅集流体邻近区域的电极材料表现出高效性能。
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固态电解质材料的处理工艺
申请人：
圣戈班陶瓷公司/CIC能源研究所/
EP 4651229 A1
开发了一种含钇卤化物固态电解质的处理工艺，用于稳定其与锂金属负极的界面。固态电解质Li3Y(Cl,Br)6（LiYClBr，其中符号表示总卤素含量为6的可变Cl:Br比例，如Li3YCl4Br2）与锂金属接触并加热（70°C，3个循环，C/20，0.5 mAh/cm2）。
采用经处理的电解质构建对称Li|LiYClBr|Li电池，在0.1 mA/cm-1和0.5 mAh/cm2条件下循环测试（C/5，1000小时）。自第二循环起过电位稳定维持在60 mV。在更高负荷条件（1 mAh/cm2，0.1 mA/cm-2，C/2.5）下，过电位自100小时起稳定于60 mV。
循环后扫描电子显微镜分析表明：经5次循环后，卤化物-锂界面未观察到任何演变现象。经100次循环后，卤化物固态电解质与锂电极间形成富钇中间层。电解质内部呈现钇含量梯度分布：表面钇含量较低，体相钇含量较高。钇元素从卤化物向锂电极迁移形成保护层，从而稳定界面。
本研究表明，加热含钇卤化物固态电解质并与锂金属接触时，可形成富钇保护层，从而实现稳定的循环性能（对称锂金属电池实验验证）。
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锂离子电池 - 负极（不包括锂金属电极）
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将钠锭切割成约5毫米碎块，与硅粉在Wonder Crusher中混合（硅粉用量：每100份钠配102份质量比）。分三次加入钠锭，每次混合1分钟。将混合物置于不锈钢容器中抽真空，在氩气流下加热（420℃，40小时），形成钠硅合金。
AlF3颗粒经32微米筛网筛分去除细粉，再经75微米筛网筛分去除粗粉，最终获得D50粒径为56.1微米（D10：38.9微米，D90：80.2微米）的AlF3分级材料。
将分级后的AlF3与钠硅合金混合（AlF3用量：每100份钠硅合金添加50-100份质量比）。混合物置于不锈钢容器中抽真空，在氩气流环境下加热（350°C，60小时），最终形成硅笼状化合物II型。
经XRD（X射线衍射）测定，该材料呈现硅笼状化合物II与硅笼状化合物I的质量比为14.0，而未对AlF3颗粒进行粒径分级的对照材料（D50：75.1 µm，D10：37.6 µm，D90：138.6 µm）该比值仅为0.74。
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金属离子电池用电活性材料
申请人：
NEXEON /
US 2025357467 A1
本发明基于在高孔隙率碳骨架内控制硅负载量，开发出硅碳复合负极材料。该发明通过数学模型将硅含量与可用孔隙体积相关联，确保部分孔隙被占据，从而在锂化过程中实现硅膨胀的内部容纳。
该多孔碳骨架（BET比表面积：1,860 m2/g， D50：3.1 μm）展现出0.88 cm3/g的P1孔体积（P1代表微孔与介孔总和，即直径0-50 nm的孔隙，通过气体吸附法测定），其中微孔质量占比54%，PD50孔径为1.4 nm（PD90：5.1 nm），证实其主要由适合硅封装的小型介孔和微孔构成。
硅通过化学气相渗透法（CVI）在流化床反应器（直径83毫米）中沉积。碳骨架经氮气吹扫后，加热至400-500°C，并在足以使颗粒流化的流速下暴露于单硅烷气体（氮气中4体积百分比）。通过控制硅负载量实现目标（硅/碳）×P1比值1.2，对应约35%的体积孔隙占用率。
所得复合材料硅质量分数达49.1%。
组装完整硬币电池时，负极采用硅碳复合材料，正极采用NMC532体系（容量比≈0.9），电解液为含3%碳酸乙烯酯的EMC/FEC（7:3）混合溶剂中添加1M LiPF6。
该材料初始脱锂容量达1,620 mAh/g，经150次充放电循环（C/2）后容量保持率为83%。对照材料（硅质量分数53.4%）虽展现1,690 mAh/g脱锂容量，但150次循环后容量保持率显著降低且波动较大（69-81%）。
本研究表明：通过精确控制每批多孔碳前驱体的孔径分布，并在特定反应点（取决于孔径分布）终止硅沉积，可显著提升循环稳定性与批次间一致性。
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将硅碳复合活性材料、聚丙烯腈（PAN，分子量：80,000）、单壁碳纳米管（SWCNT）、导电石墨片及聚偏二氟乙烯（PVDF）在N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）中混合制备。将浆料涂覆于铜箔上并干燥（110°C，12小时）。由此制备的负极材料组成：硅碳复合材料（78.5质量%）、PAN粘合剂（13.5质量%）、SWCNT（0.5质量%）、导电石墨（6.5质量%）及PVDF（1.0质量%）。干燥温度（110°C）确保聚丙烯腈粘合剂中未发生腈基改性（未发生环化反应）。
采用该负极与NMC811正极（3.1 mAh/cm2，正负极质量比2.5）组装软包电池，电解液采用碳酸盐体系（1.2 M LiPF6）。
在完整电池中，未改性PAN粘合剂材料展现出89.4%的首充效率、95.4%的正极材料利用率，循环寿命超过1300次仍保持80%初始放电容量（0.5C充/0.5C放，电压范围：2.8-4.15V， 25°C）。而采用完全环化PAN粘合剂的对照电池（通过330°C、1.7°C/min升温速率、4小时保温实现100%腈基改性）的对应数据为：首充效率82.8%、正极利用率89.7%、循环寿命1100次。
本研究表明，在使用PAN粘合剂时，判断环化反应是否有利于循环稳定性至关重要（对该特定配置无益）。
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锂离子电池 - 正极
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合成了具有中心浓缩缓冲孔隙的高镍Ni0.89Co0.04Mn0.07(OH)2前驱体。向混合金属硫酸盐溶液（Ni : Co : Mn摩尔比为0.89 : 0.04 : 0.07，2.0 M，50°C）中加入聚丙烯颗粒（直径3 μm）。溶液以400 rpm搅拌的同时加入氢氧化钠维持pH值在11.5-11.6，形成前驱体晶核。随后分步降低pH值至11.0-11.2、10.7-10.9及10.3-10.5，同时搅拌速度增至1000 rpm（持续5小时）。
干燥的前驱体呈现次级颗粒（≈12 μm），聚丙烯在核心区域富集。将前驱体与氢氧化锂（Li与过渡金属摩尔比为1.03:1）混合，经烧结处理（5°C/min升温至750°C，17小时）获得LiNi0.89Co0.04Mn0.07O2。
烧结过程中聚丙烯分解形成缓冲孔隙（≈3 μm），集中于颗粒中心（见图）。外围区域的初级颗粒呈现从中心向表面的径向晶体结构。
在半电池测试（锂金属负极，0.5C充电/1C放电，45°C）中，该材料展现出210 mAh/g的放电容量，经50次循环后容量保持率达96.3%，而无缓冲孔材料的对应值分别为210 mAh/g和92.1%。压制后该材料小于1μm的颗粒体积占比为3.38%，而对照材料为5.71%。
本研究阐明了通过控制搅拌速度使牺牲性聚丙烯颗粒聚集于前驱体核心，在烧结过程中分解形成高镍NCM缓冲孔隙，从而释放内部应力并防止颗粒开裂的机制。
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Li2CO3、MnCO3、FePO4、NH4H2PO4及掺杂元素源（Al(OH)3、H3BO3、MgO、Co(OH)2）按Li : Mn : Fe摩尔比1 : 0.30000 : 0.70000混合。添加蔗糖（5质量%）。混合物用水（固体含量20%）湿法研磨形成浆料（D50：100 nm），随后经喷雾干燥（进料温度：230°C，出料温度：95°C）和煅烧（750°C，8小时，氮气气氛）制得碳包覆的磷酸铁锰锂复合材料。
合成了两种组分。例1为LiMn0.29760Fe0.69440Al0.00400Mg0.00400P0.99800B0.00200O4，含铝(650 ppm)、镁(580 ppm)和硼(130 ppm)。例2包含LiMn0.29700Fe0.69300Al0.00400Co0.00200Mg0.00400PO4，其中Al含量为650 ppm，Mg为580 ppm，Co为700 ppm。两种材料的锰含量均为≈30 mol%（不含锂），并包含至少三种来自Al、B、Co、Mg和Ni的掺杂元素。
材料平均粒径（D50）为0.45-0.65 μm，晶粒尺寸为116-117 nm。在半电池测试（45°C，0.5C充电至4.25V， 1.0C放电至2.5V）中，例1经30次循环后容量保持率达99.7%，例2容量保持率达99.5%，而掺杂元素较少或锰含量不合理的对照材料仅为98.7-99.2%。
本研究阐明：在含≈30摩尔%锰的低锰磷酸铁锂材料中，通过多元素掺杂（至少三种元素选自Al、B、Co、Mg、Ni），可强化锰-氧键并提升锂离子传输效率，从而降低锰元素溶出并改善高温循环寿命。适中的锰含量在提升能量密度与工作电压的同时，实现了与循环稳定性的平衡。
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正极材料及锂离子电池
申请人：
贝特瑞（江苏）新材料科技有限公司 /
CN 120998995 A
将氯化铝溶液（0.1 mol/L）与过渡金属硫酸盐溶液（Ni : Co : Mn = 88 : 5 : 7，1.5 mol/L）混合，调节至pH 11.0±0.5，搅拌（200 rpm，20 min）。溶液经雾化后送入喷雾热解塔（进料流速2 L/min，塔内温度分布：入口200°C，中部400°C，出口150°C），获得铝掺杂过渡金属氧化物粉末。
粉末与碳酸锂混合（锂与过渡金属摩尔比1.04），经烧结处理（500°C 2小时后升温至740°C 8小时）。将该材料与纳米级二氧化锆（4000 ppm）混合后煅烧（800°C 10小时）。
通过SEM-EDS映射分析（见图），该材料呈现铝富集区x=26%与铝贫化区y=36%（铝含量>40at%为富集区，<20at%为贫化区）。XRD分析显示104峰在2θ=44.38°处出现，表明层间距较机械混合材料（44.5°）显著增大。
在半电池测试中，该材料展现出216 mAh/g的放电容量（0.1 C， 25°C，3.0-4.3 V vs. Li+/Li）的放电容量，首充效率达90.6%，50次循环后容量保持率为92.3%，而机械混合对照材料分别为215 mAh/g、88.8%和89.5%。直流电阻为15Ω，电极膨胀率为0.43%，而对照材料分别为25Ω和1.15%。
本研究表明，液相混合后进行喷雾热解可形成具有明确富集区与贫化区的可控异质铝分布，抑制铝氧键超配位及晶格畸变，相较于机械混合材料，能显著提升循环稳定性并降低电极膨胀。
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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
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离子聚合物
申请人：
丰田汽车公司 /
WO 2025239304 A1
开发出一种改性离子聚合物，用于聚合物电解质膜燃料电池（PEMFC）阴极催化剂层，可增强氧气传输能力。
该离子聚合物由含磺酸基团的全氟烷基磺酸聚合物（Nafion EW : 1100）构成。含1,3,5-三嗪的改性层与离子聚合物表面的酸性官能团形成离子键。
将离子聚合物与含1,3,5-三嗪的改性剂在水/乙醇溶剂中混合，采用超声波均质器和搅拌器处理15分钟。1,3,5-三嗪含量占离子聚合物总质量的3%，相当于酸性官能团的34摩尔百分比。
改性离子聚合物与铂催化剂（乙炔黑载体负载48-50质量%铂）混合制备阴极催化剂墨水。将墨水涂覆于聚四氟乙烯（PTFE）基材并干燥，形成催化剂层（厚度5-30μm，铂负载量0.1-0.6 mg-Pt/cm2）。采用Nafion NR211电解质膜制备膜电极组件（MEA）。
性能测试（80°C，80%相对湿度，3.2 A/cm2）显示，相较于未改性离子聚合物MEA，电池电压提升64 mV（绝对电池电压值未披露）。电极催化层的质子传输电阻为0.043 Ω·cm2，氧扩散电阻为13 s/m，而未改性离子聚合物对应值分别为0.062 Ω·cm2和15 s/m。
本研究阐明了通过含氮环状有机化合物（如1,3,5-三嗪）改性离子聚合物酸性官能团，可显著提升质子交换膜燃料电池阴极催化层的电池电压、氧气传输能力和质子导电性。
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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。
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其他类别的三周专利列表
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- 锂金属电池（不包括锂硫、锂空气）： XLSX
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- 锂空气电池： XLSX
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- 锂离子电池 - 电解液 - 液体： XLSX
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- 锂离子电池 - 隔膜： XLSX
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- 锂硫电池： XLSX
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- 钠离子电池： XLSX
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先前的专利更新
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2025-11-25
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2025-11-04
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2025-10-14
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2025-09-23
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2025-09-02
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