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b-science.net·三周电池专利评论· 2024-05-08~2024-05-28

来源:b-science.net作者:b-science.net
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·三周电池专利评论·
2024-05-08~2024-05-28


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


通过干法工艺实现的硫化物双极固态电池

申请人:

GM GLOBAL TECHNOLOGY OPERATIONS /

US 2024154126 A1

本专利申请说明了如何利用基于 PTFE(聚四氟乙烯)的纤维化技术同时生产和层叠电极层和(硫化物或卤化物)电解质层,从而获得双极电池(见图)。
    虽然本专利申请中没有详细的实例,但下图显示了一个基于 NMC / 石墨的双极性电池(2 个叠层电极对)的电化学循环数据和一个基于 NMC 的正极的 SEM 图像。
100: 双极电池
112: 正电极
114: 固体电解质
116: 负电极
118: 双极集流体(成分未披露)
210: 第一电源
212、214、216:滚轴
222:正电极
224、226:辊
230:辊
234: 第二源
238、240、244:滚筒
246: 负电极
250:辊
251: 集流体
252: 喷雾器
253:层压板
260:辊
262:分离层
272、274、282、284:附加辊
NCM-Gr Bipolar Cell: NCM 石墨双极电池
NCM-Gr Unit Cell: NCM 石墨单胞


这项工作说明了干法纤维化是如何高效形成双极电池结构的。
电动汽车和固定式储能领域都迫切需要在大规模生产时降低成本,因此,关注电动汽车和固定式储能领域的进一步升级工作将非常有意义。

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。




锂离子电池 - 正极


正极活性材料及其制造方法

申请人:

优美科 / WO 2024089101 A1

将过渡金属成分为 Ni0.96Mn0.01Co0.03 的氢氧化物前驱体与 LiOH(锂与过渡金属的比例为 0.99)、Al2O3(700 ppm)和 Y0.3Zr0.7O1.85 (0.05 摩尔% Y,0.117 摩尔% Zr)混合,然后进行热处理(805°C,10 小时,然后 720°C,5 小时,氧气流动),并在钴水溶液中进行珠磨(浓度为总过渡金属含量的 0.5 摩尔% Co,13 小时):钴的总含量为 0.5 摩尔%,13 小时)。
       将这种材料与 LiOH(锂与过渡金属的比例为 0.99,在湿磨过程中可能会损失一些锂)、纳米氧化钴(Co3O4)粉末(钴含量为 1.5 摩尔%)、 Nb2O5(500 ppm)和 Al2O3 粉末(500 ppm)混合,然后进行热处理(710°C,12.5 小时,氧气环境)。
       根据 ICP(电感耦合等离子体)测量(未列出:锰含量),得到的 NMC 活性材料的 Ni / Co / Zr / Y 摩尔比为 93.6 : 4.9 : 0.095 : 0.037;
根据 CS-EDS(横截面能量色散光谱)测量,Co(edge) / Co(center) 比为 1.84。
在全电池(基于石墨的负极)中,这种材料显示出 1,363 个循环(达到 80% 的截止容量,1 C 充电/放电)。

这项工作展示了一种具有良好循环稳定性的富镍 NMC 材料,该材料采用了多掺杂方法(锆、钇、铝、铌),并在颗粒中使用了共梯度。

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锂离子电池 - 负极(不包括锂金属电极)


用于锂离子电池电极的碳基涂层硅


申请人:

ENEVATE / WO 2024086737 A2

通过在 PP(聚丙烯)薄膜上涂覆碳涂层硅微颗粒浆料(硅直径:≈4 μm,碳涂层厚度:<10 nm)、聚酰亚胺和碳添加剂(如碳纳米管),然后干燥,接着进行热处理(600-1250°C,1-3 小时),制得负电极。在此过程中,PP 薄膜挥发后的残炭量≈2%。据称,硅源是石英(即可能使用了冶金硅)。
       碳化电极随后被层压在涂有聚酰胺-酰亚胺粘合剂层的铜箔集流体上。
      全电池循环测试(基于 NMC811 的正极)表明,与未涂覆硅微颗粒的电池(402)相比,涂有碳的硅微颗粒电池(404)的循环稳定性更好。
      Normalized Discharge Capacity: 归一化放电容量


5.jpg

      这项工作说明了 Enevate 如何在其电极中使用碳涂层硅微颗粒,可能是通过在冶金硅微颗粒上进行 CVD(化学气相沉积,如使用甲烷、乙烯或乙炔)获得的。
     
非常有趣的是,PP 薄膜可在电极碳化过程中用作牺牲支撑层,从而避免了实验室规模的电极剥离过程。

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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


离子液体浸渍硅涂层催化剂颗粒、膜电极组件和燃料电池

申请人:

凸版公司 / JP 2024057940 A


    将铂支撑碳加入乙腈中,然后加入离子液体(1-烷基-3-甲基咪唑鎓双(三氟甲磺酰基)亚胺)以填充铂支撑碳的中孔体积。
     经过超声波分散(30 分钟)和搅拌(过夜)后,用蒸发器除去乙腈,得到离子液体浸渍的铂支撑碳。
     将这种材料加入水中,然后进行超声波搅拌并加入氢氧化钠。然后加入 TEOS(四乙氧基硅烷)和乙醇的混合溶液,接着搅拌(2 小时)。
     使用离心机分离材料并进行干燥(80°C,6 小时),得到注入离子液体的硅涂层铂支撑碳,经 XRD(X 射线衍射)测定,铂颗粒晶粒大小(1,1,1)为 6.4 纳米(见图)。
     在旋转盘电极测量中,该材料显示出 17.5 A/g-Pt 的初始活性和 14.6 A/g-Pt 的老化活性(对可逆氢电极 RHE 进行 0.6 至 1.21 V 的 1,200 个循环伏安测试)。
(a): 示意图
(b), (c): 横截面示意图
1: 浸渍有离子液体的硅涂层催化剂颗粒
2: 导电支架(碳)
3: 金属颗粒(铂)
4: 硅膜
5: 离子液体
20: 催化剂颗粒

6.jpg

     这项工作说明了离子液体如何使铂/碳催化剂/二氧化硅复合颗粒具有良好的铂分布和孔径分布。

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固态锂离子电池(PDF,312页)

高容量负极材料(PDF,248页)

高容量正极材料(PDF,184页)

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