人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的应用研究EI北大核心CSCD

锂金属具有最低的氧化还原电位(-3.04V vs标准氢电极)和极高的比容量(3860mAh·g^-1),是理想的锂二次电池负极材料.然而电化学循环过程中,由于锂的不均匀成核生长,其表面产生锂枝晶,锂枝晶持续生长会刺穿隔膜,造成电池短路甚至引发火灾.因此需要对锂金属负极进行保护,抑制负面问题,发挥高性能.人造固态电解质界面技术是一种有效的锂金属负极保护策略,本质是预先在锂金属表面涂覆上保护层,保护层具有较高的离子传导性和电化学稳定性、较好的阻隔性和机械强度,可得到高效率、长寿命和无枝晶的锂金属负极.本文将近年来人造固态电解质界面在锂金属负极保护中的研究进展进行综述,对其制备方法、结构特点、锂金属负极循环性能、全电池电化学性能等方面作了详细介绍,分析当前存在问题并指出锂金属负极研究不仅需要加深机理研究还得与实际应用相结合.     

全固态锂离子电池正极界面的研究进展

全固态锂离子电池以其高能量密度和高安全性成为具有广泛应用前景的下一代储能技术。然而,全固态锂离子电池的容量过低和寿命过短限制了其在储能领域的应用。其中,正极材料(活性材料、电子导电剂、离子导电剂及固态电解质等)固-固界面稳定性不佳限制了全固态锂离子电池的容量利用率和循环寿命。综上,介绍和讨论了正极材料固-固界面稳定性及优化方法,包括化学稳定性、电化学稳定性、机械稳定性和热稳定性等,同时归纳了常用的全固态锂离子电池正极材料固-固界面优化方法,为全固态锂离子电池的开发和应用提供参考。     

石墨烯在固态电池界面改性中的应用

全固态锂电池具有安全可靠性高、能量密度大、循环寿命长、电化学窗口宽、高温适应性强等优点,制约其实际应用的主要瓶颈在于电极与固态电解质之间的界面问题,包括负极界面区的锂枝晶、体积膨胀,正极界面区的结构变化、空间电荷层、界面反应等。石墨烯因其特殊的二维结构,优良的导电、导热及力学性能而广泛应用于电化学储能领域。综述了石墨烯在电极/固态电解质界面改性方面的研究进展,并对石墨烯在固态电池领域的应用前景进行了展望。     

锂金属电池中复合固态电解质与负极界面的研究进展

与传统锂离子电池相比,全固态锂金属电池因其安全性好、能量密度高的特点备受关注.但是电极与固态电解质的固固接触带来较大的界面阻抗,而锂金属较为活泼易与固态电解质发生反应,造成了界面不稳定.界面问题已经成为制约全固态电池发展的关键因素之一.有机-无机复合固态电解质兼顾无机固态电解质和有机固态电解质的优势,具有较高离子电导率和一定的力学强度,展现出优异的实用化前景.本文综述了近年来复合固态电解质与金属锂负极界面改性的研究进展,总结了当前界面改性的主要研究思路:包括在界面构筑"软接触"、调节固态电解质的力学性能以及调控界面处锂离子的沉积动力学过程等.同时,也对今后界面改性的研究趋势进行了展望.     

全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面的研究进展

全固态锂离子电池具有高安全性、高能量密度、宽使用温度范围以及长使用寿命等优势, 在动力电池汽车和大规模储能电网领域具有广阔的应用前景。作为全固态电池的重要组成部分, 无机固体电解质尤其是石榴石型固态电解质在室温下锂离子电导率可达10 ^-3 S·cm ^-1, 且对金属锂相对稳定, 在全固态电池的应用中具有明显的优势。然而正极与石榴石型固体电解质间接触性能以及界面的稳定性差, 使得电池表现出高的界面阻抗、低的库伦效率和差的循环性能。本文以全固态锂离子电池正极与石榴石型固体电解质界面为研究对象, 分析了正极/固体电解质的界面特性以及界面研究中存在的问题, 综述了正极复合、界面处理工艺、界面层引入等界面调控和改性的方法, 阐述了优化正极与石榴石型固体电解质界面结构, 改善界面润湿性的解决思路, 提出了未来全固态锂离子电池发展中有待进一步改进的关键问题, 为探索全固态锂离子电池的实际应用提供了借鉴。     

锂离子电池用无机固态电解质研究进展

全固态锂离子电池的核心技术是固态电解质,它决定着电池的各种性能。在所有已开发的固态电解质中,无机固态电解质被认为是最可行的电解质之一。基于无机固态电解质的锂离子传导机理,从LISICON型、Garnet型、Perovskite型和NASICON型四个类型,介绍了无机固态电解质当前存在的一些不足,以及近年来所取得的改善研究成果。面向锂离子电池产业快速发展,指出可以掺杂改性和加工方法改善联合实施,以及结合机器学习等人工智能手段,来优化改善方案,以促进全固态锂离子电池的产业化。     

基于工业化碳材料的锂氟化碳电池正极材料制备及性能EI北大核心CSCD

为实现锂氟化碳电池在更多领域的普遍应用,以工业化碳材料(活性炭、球形石墨、膨胀石墨和工业石墨烯)为碳源,制备了四种氟化碳正极材料。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、拉曼光谱(Raman)、红外光谱(FTIR)、X射线能谱(XPS)、氮气吸脱附以及电化学测试等表征手段对材料的微观形貌、晶体结构、化学结构和电化学性能进行了系统的研究。研究表明:氟化工业石墨烯具有完全的单氟化碳结构、高比表面积以及稳定的碳结构,在20 mA·g^(-1)的放电电流下可以实现高达945.4 mAh·g^(-1)的比容量;氟化活性炭具有较多的半共价C-F键,其起始放电电压最高,但是由于其结构稳定性较差,电压平台快速下降,导致整体比容量较低;氟化膨胀石墨和氟化球形石墨与氟化工业石墨烯结构类似,但是由于高氟化碳原子(CF_(2)和CF_(3))的存在,其放电比容量要低于氟化工业石墨烯。不过在高放电电流密度下,氟化膨胀石墨、氟化球形石墨和氟化工业石墨烯的能量密度十分接近,因此,基于氟化膨胀石墨和氟化球形石墨的成本优势,氟化膨胀石墨和氟化球形石墨更适合于高功率应用场景。     

聚合物固态电解质的研究进展

固态储能器件由于其在安全性和潜在的高能量密度方面的优势,被认为是下一代能量存储设备。固态电解质作为固态储能器件的关键元件,具有高的安全系数,近年来受到了广泛的关注。其中聚合物固态电解质由于其制备简便,价格低廉且界面相容性好等优点,成为固态电解质的重要组成部分。文中从聚合物的微观结构和聚合物固态电解质的宏观形态出发,分别概述了聚环氧乙烷(PEO)、聚碳酸酯(PC)、聚硅氧烷和其他聚合物基固态电解质的传输机理及在各领域的发展与应用,并对聚合物固态电解质未来的发展进行展望。     

聚合物固态电解质-锂负极界面的研究进展

固态锂电池是新能源领域最有希望的下一代高能量密度电池体系之一。本文以聚合物固态电解质-锂负极界面的构型特征和形成机理为基础, 系统讨论界面接触性、界面化学和电化学反应、锂负极枝晶生长等问题对二者之间的界面稳定性与兼容性的影响。基于此, 本文重点阐述了掺杂改性、结构设计等手段在三种聚合物基体与锂负极之间的界面的应用。此外, 本文还综述了常见界面表征手段及其在聚合物固态电解质-锂负极界面的应用情况。最后, 基于设计和构筑稳定的聚合物固态电解质-锂负极界面的相关策略, 本文对掺杂、核层设计等界面优化手段的发展前景进行分析与展望。     

镁电池正极材料性能提升策略的研究进展

低成本、高能量密度、高安全性的镁电池有望应用在未来大规模储能和动力汽车等领域。然而,镁电池目前仍处于初步发展的阶段,正极是限制电池性能的关键原因。由于Mg2+电荷密度高,在正极材料中扩散缓慢,因此如何提高正极材料的电化学性能是镁电池研究的重点与难点。本文通过分析正极材料的相关研究,总结出提升正极材料电化学性能的6种策略,分别为减小粒径、借助溶剂的屏蔽效应、增大层间距、调控阴离子、开发新结构和发展双离子电池。通过明确策略有效的根本原因、分析策略的优势与局限性,为高性能镁电池正极材料的开发提供有价值的指导。最后,对镁电池正极的发展现状进行总结,并对镁电池的正极及整个电池体系的未来发展趋势进行展望。     

设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极催化剂的研究进展

锂-空气电池具有极高的理论能量密度,成为下一代最有希望的电化学能量储存技术之一。锂-空气电池的性能主要取决于空气阴极表面发生的电化学反应,因此,合理设计具有高稳定性和可逆性的阴极是实现商业化可行的锂-空气电池的关键所在。然而,传统碳基电极的不稳定性导致的副反应会限制电池容量及其循环性能,因此,需要寻找能够替代碳基电极的新型电极。本文首先结合锂-空气电池的结构和阴极反应原理,提出了目前锂-空气电池面临的挑战,然后基于碳基阴极的不稳定性分析总结了设计稳定和可逆的锂-空气电池阴极的方法,最后提出了阴极催化剂的合理设计和催化机理的深入理解对锂-空气电池阴极的性能改善起着决定性作用的观点。     

Critical interface between inorganic solid-state electrolyte and sodium metal

With widening applications in next-generation energy storage systems, rechargeable secondary batteries with enhanced safety and energy density are imperative for technological advancements. All-solid-state sodium batteries can be a promising low-cost and high-energy-density candidate, provided that stable cycling of the energy-dense Na metal anode can be achieved. However, the interface between Na metal and solid-state electrolyte remains a challenging problem. Here we comprehensively review various physical and chemical properties of different types of sodium-based solid-state electrolytes including sodium β-alumina, Na super ionic conductors (NASICON), chalcogenides, perovskites, complex hydrides and antiperovskites, and discuss some critical common factors that affect the Na/electrolyte interface stability. We also summarize the state-of-art strategies to engineer the interface for better electrochemical performances.     

新型硅-硫锂电池研究进展

高比能量、高安全性是未来储能系统的重要发展方向,在电子产品、航天设备、高续航电动汽车等诸多领域均有迫切需求。硅具有很高的理论比容量,电压平台接近金属锂,采用硅替代锂金属作为负极可以得到新型硅-硫锂电池。本文阐述了新型硅-硫锂电池的特征及存在的关键问题,介绍了全电池中锂源的引入方式,综述了新型硅-硫锂电池正、负极的制备技术及研究进展,总结了不同制备方法存在的优缺点,并详述了目前液态电解质的常见组成、研究进展以及存在的问题。最后结合硅-硫锂电池的发展趋势提出未来重点研究的几个方向,如优化电极/电解质界面、开发固态电解质等。     

锂离子电池正极材料的研究进展

研究与开发新型的电池正极材料是锂离子电池研究中的一项重要内容．目前正极材料的研究主要集中于3种富锂的金属氧化物LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4。本文主要介绍了锂离子电池正极材料的合成方法,同时比较了几种不同电极材料的结构以及电化学性能,指出了其工作特点和存在问题,并对该领域的研究现状进行了简要的综述。本文还介绍了锂离子电池正极材料计算研究的进展。利用VASP软件包可计算形成能、相图、电压和材料的晶体结构参数及态密度等。     

锂离子电池硅基负极材料研究进展

由于硅负极不能在商业上大规模应用,研究者采用多种改性制备方法,提高硅基负极材料初始放电容量和循环性能。综述了近年来改善硅基负极材料性能的几种制备方法,指出了硅基材料作为锂离子电池负极材料的研究前景。     

改进固相法制备LiFePO4/C正极材料及其性能

采用改进的固相反应法制备了掺碳的磷酸铁锂正极材料,并用XRD,SEM,元素分析,红外光谱及激光粒度分布仪等对样品进行了测试分析.结果表明,样品具有单一的橄榄石结构和较好的放电平台(约3.4V),粒度较小粒径分布均匀,0.1C首次放电比容量为137.8mAh/g,循环20次后容量保持率为92.6%,以1C倍率首次放电比容量为129.6mAh/g,循环20次后容量下降10.8%.     

锂离子电池用固体聚合物电解质的最新进展

全固态聚合物电解质由于其突出的安全性能,在锂离子电池中具有潜在的应用前景,其研究备受关注.本文综述了锂离子电池用全固态聚合物电解质的最新研究进展.主要关注的是电化学性能,尤其是室温附近的离子电导率.对性能较好的聚合物固体电解质体系进行了概述.     

锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4的研究现状

锂离子二次电池的研究不断深入,高电位正极材料的研究正日益受到重视。新型锂离子电池正极材料LiNi0.5Mn1.5O4嵌锂电位高达4.7V,能量效率高,循环性能好,在电动汽车、航空航天等领域具有良好的发展前景。综述了LiNi0.5Mn1.5O4的制备方法及近年来在提高其电化学性能方面的研究进展。