公开(公告)号：CN114079038B

公开(公告)日：2023-09-26

申请号：CN202010807141.X

申请日：2020-08-12

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  李鹏 ,  程新兵 ,  赵力达 ,  景唯恺 ,  张莹莹

IPC: H01M4/139 ,  H01M4/62 ,  H01M4/38 ,  H01M4/13 ,  H01M10/052

Abstract: 本发明属于电池技术领域，尤其涉及一种高硫载量锂硫电池正极及其制备方法。其将不同的碳材料、单质硫按照一定次序涂布到正极集流体上，涂布的依次顺序为：(1)将碳材料、粘结剂、溶剂进行充分混合后在正极集流体上表面涂布第一层碳材料并干燥；(2)将硫、粘结剂、溶剂进行充分混合后在碳层上涂第一层硫并干燥；(3)将碳材料、粘结剂、溶剂进行充分混合后在硫层上涂第二层碳材料并干燥；(4)将硫、粘结剂、溶剂进行充分混合后在碳层上涂第二层硫并干燥；(5)将碳材料、粘结剂、溶剂进行充分混合后在硫层上再涂第三层碳材料并干燥；(6)在平板热压机上进行真空热压。该正极可以有效实现硫的电化学性能并且提高电池的循环性能。

公开(公告)号：CN113690407A

公开(公告)日：2021-11-23

申请号：CN202110849765.2

申请日：2021-07-27

Applicant: 清华大学 ,  瑞声科技(南京)有限公司

Inventor： 张强 ,  程新兵 ,  张健 ,  徐向群 ,  肖也

IPC: H01M4/134 ,  H01M4/62 ,  H01M4/38 ,  H01M10/0525

Abstract: 本发明涉及锂电池技术领域，具体提供一种锂基电极和二次锂电池。所述锂基电极包括锂基片和附着于锂基片至少一表面上的复合膜层；复合膜层中含有有机高分子材料和二维无机片状材料；有机高分子材料和二维无机片状材料呈交替层叠排列的结构；有机高分子材料和二维无机片状材料的质量比为40:60～0.1:99.9；复合膜层的厚度为50nm～20μm。本发明的锂基电极和二次锂电池，复合膜层能将锂基片与外界进行有效的隔绝且具有较强的机械强度，从而可有效抑制以该锂基电极为负极的二次锂电池的锂枝晶生长，并抑制锂基片和电解液的副反应，从而有效提高二次锂电池的安全性能、电极利用率及库伦效率，并改善二次锂电池的循环性能。

公开(公告)号：CN107093705B

公开(公告)日：2020-07-24

申请号：CN201710177007.4

申请日：2017-03-22

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  闫崇 ,  程新兵 ,  黄佳琦

IPC: H01M4/1395 ,  H01M4/04

Abstract: 本发明公开了一种锂金属电池的锂负极表面处理方法，属于锂电池技术领域。该方法采用化学方法，将盐类或酯类作为添加剂溶解到有机溶剂中，制成电解质溶液；取电解质溶液与金属锂片反应，使得在锂片表面形成一层固态电解质保护层。本发明的操作方法简单，便于大规模的生产及定量控制；在金属锂表面原位形成的固态电解质层能有效抑制锂枝晶的产生，减少锂源的损失，使得整个电池的库伦效率在没有添加剂的条件下得到明显提高，实现了金属锂负极在电池长续航过程中的稳定和高效，在抑制金属锂枝晶和提高并保持全电池的高库伦效率方面都有明显效果。

公开(公告)号：CN105789559B

公开(公告)日：2019-08-16

申请号：CN201610252135.6

申请日：2016-04-21

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  程新兵 ,  张睿 ,  黄佳琦

IPC: H01M4/133 ,  H01M4/1393

Abstract: 本发明公开了锂金属电池技术领域的一种柔性锂金属电池负极及其制备方法。所述柔性锂金属电池负极包括锂金属和骨架材料两相结构；其中，锂金属的含量为10‑99.9wt.％，骨架材料为导电材料或绝缘材料；所述柔性锂金属电池负极能在0‑180°内弯折，弯折过程中电化学性能的损失为0.001‑50％。将固态金属锂熔化成液态或者气化成气态，然后与骨架材料混合，形成柔性锂金属电池负极。所述的锂金属电池负极相比于锂片负极，有效提高了锂金属负极的机械性能，抑制枝晶生长，缓解在脱嵌锂过程中电极的体积膨胀；如果搭配柔性正极组装成柔性电池，将有助于实现高能量密度柔性可穿戴电子设备的商业应用。

公开(公告)号：CN108511708A

公开(公告)日：2018-09-07

申请号：CN201810210158.X

申请日：2018-03-14

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  刘鹤 ,  程新兵

IPC: H01M4/36 ,  H01M4/38 ,  H01M4/62 ,  H01M4/134 ,  H01M10/42

Abstract: 一种固态复合金属锂负极，该负极是由金属锂和亲锂骨架材料的复合层以及固态电解质保护层两部分组成。固态电解质保护层包含无机固态电解质和有机固态电解质。金属锂与亲锂骨架材料的复合层是通过熔融灌锂、电化学沉积或物理机械混合的方式实现，固态电解质保护层是通过浸渍、刮涂、旋涂、喷涂或溅射等方法涂覆在复合层表面。本发明相比于普通的锂片负极，不仅能够缓解负极的体积膨胀问题，而且能够调控锂金属的沉积行为，抑制锂枝晶的生长，提高锂金属电池的安全性能和循环寿命。在锂铜半电池测试中，该固态复合金属锂负极在充放电过程中的体积膨胀为1～20％，在20～5000圈电池循环中无明显枝晶出现，并且可将复合负极的利用率提高至80～99.9999％。

公开(公告)号：CN108365152A

公开(公告)日：2018-08-03

申请号：CN201711450127.3

申请日：2017-12-27

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  赵辰孜 ,  程新兵

IPC: H01M2/16 ,  H01M10/42

Abstract: 本发明公开了一种用于锂电池的复合隔膜，适用于锂离子电池或金属锂电池。该复合隔膜是由基底层和无机锂离子导体层复合而成；所述无机锂离子导体层采用在20℃～120℃的温度下，锂离子导率大于1.0×10-8S cm-1的无机锂离子导体材料；无机锂离子导体材料是以颗粒状、柱状、管状和线状中的一种或几种形式存在于基底层上。基底层提供基本隔膜骨架，锂离子导体层可诱导锂离子均匀沉积，并提高隔膜的力学性能与热稳定性。本复合隔膜制备方法简单，可有效抑制由锂离子分布不均引发的锂枝晶生长，大大提高电池在宽温度范围内的循环效率与安全性。配合高容量正负极材料，可提高锂电池的循环寿命、能量密度与安全性，推动产业化进程。

公开(公告)号：CN108346775A

公开(公告)日：2018-07-31

申请号：CN201810128760.9

申请日：2018-02-08

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  程新兵 ,  刘鹤

IPC: H01M4/134 ,  H01M4/36 ,  H01M4/38 ,  H01M4/62 ,  H01M10/0525

Abstract: 本发明公开了一种类贝壳结构保护的金属锂负极。该金属锂负极表面含有一层类贝壳结构的物质保护层，类贝壳的物质保护层是由软硬两种物质组成。在类贝壳层中，硬物质以颗粒、纤维和二维平面的形式紧密排列，在保护层中起增强的作用。软物质作为连续相将硬物质胶连起来，起传递和分散应力的作用。保护后的金属锂可以在空气和有机电解质中长期稳定存在。在应用于金属锂电池时，相比于没有保护的锂片负极，类贝壳结构保护的金属锂负极可以抑制金属锂枝晶生长，减少金属锂的副反应消耗，提高电池的循环效率和循环稳定性，从而提高以金属锂为负极的锂金属电池的循环寿命。

公开(公告)号：CN105870502B

公开(公告)日：2019-07-02

申请号：CN201610252402.X

申请日：2016-04-21

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  程新兵 ,  闫崇 ,  赵辰孜

IPC: H01M10/0567 ,  H01M10/0525 ,  H01M12/08

CPC classification number: Y02E60/128

Abstract: 本发明公开了属于锂金属电池技术领域的一种电解液添加剂及其在提高锂金属电池的循环寿命中应用。该电解液添加剂为Li2Sx(x＝1‑8)或Li2Sx(x＝1‑8)与其他成分的耦合，其他成分为硝酸锂、高氯酸锂、氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、亚硫酸丙烯酯和双氟磺酰亚胺锂中的一种或一种以上。该电解液添加剂，能使锂金属负极表面原位形成一层结构稳定的钝化膜，该钝化膜一方面可以抑制锂金属负极表面锂枝晶的出现，提高电池的安全性能，另一方面也可以保护锂金属免受电解液的腐蚀，提高电池的利用率和循环稳定性。配合高容量正极材料，将有助于推进其产业化进程。

公开(公告)号：CN105845891B

公开(公告)日：2019-06-18

申请号：CN201610318262.1

申请日：2016-05-13

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  程新兵 ,  黄佳琦

IPC: H01M4/134 ,  H01M4/62 ,  H01M10/052

Abstract: 本发明涉及一种具有双层结构的金属锂负极，该金属锂负极由底层的金属锂层及上层的表面覆盖层构成。本发明的金属锂负极利用表面的表层结构可以调控锂离子在负极表面的分布，避免锂离子在时间和空间上的聚集，实现锂离子在负极表面的均匀分布，从而抑制枝晶的出现。该金属锂负极的表层结构对锂离子的调控行为是通过对锂离子有较强吸附作用的材料来实现。相比于没有该双层结构的金属锂负极，具有该双层结构的金属锂负极可抑制锂枝晶的生长，使金属锂负极的安全性得到了保证，电池的能量利用率和循环寿命可得到较大幅度的提高。如果配合高容量正极材料使用，将有助于推进新型高能量密度锂电池的实用化进程。

公开(公告)号：CN109686921A

公开(公告)日：2019-04-26

申请号：CN201811391244.1

申请日：2018-11-21

Applicant: 清华大学

Inventor： 张强 ,  石鹏 ,  李滔 ,  程新兵

IPC: H01M4/134 ,  H01M4/1395 ,  H01M4/36 ,  H01M4/38 ,  H01M4/62 ,  H01M10/0525

CPC classification number: H01M4/134 ,  H01M4/1395 ,  H01M4/362 ,  H01M4/382 ,  H01M4/625 ,  H01M4/628 ,  H01M10/0525

Abstract: 一种具有锂碳复合界面层的复合金属锂负极及其制备方法，属于二次电池技术领域。本发明是在复合金属锂负极的碳骨架材料的外表面包覆有一层锂碳复合界面层，该复合界面层的结构为金属锂原子插入到碳骨架材料层间中形成的锂碳插层结构。其形成方法为：采用加压方式将金属锂压入到碳骨架材料的孔隙中，因吸附或嵌入作用，经过一定时间的活化，在碳骨架材料的表面形成一层导电且对锂稳定的锂碳复合界面层。本发明制备方法简单易行，产生的锂碳复合界面层在碳骨架材料中的分布和厚度十分均匀。该界面层可以有效的改善金属锂负极在循环过程中的体积膨胀问题，提高电池的循环寿命。