锂金属电池用复合固体电解质及其界面研究进展

相比于液态锂电池,固态锂金属电池由于电解质不易燃、不挥发而具有更高的安全性。此外,固态电解质能够有效抑制锂枝晶的生长,使基于高能量密度的锂金属作为负极材料成为可能。但是,固态锂金属电池存在着界面阻抗大、固体电解质/电极兼容性差、电解质离子电导率低及电化学窗口较窄等问题。因此,开发高性能的柔性固体电解质对推动固态锂金属电池的发展起着重要作用。本工作总结了固态锂金属电池中聚合物与不同类型填料复合最新研究进展及复合固体电解质匹配电极材料时存在的界面阻抗大问题与解决策略。     

锂金属负极中人工固体电解质间相保护膜研究进展

介绍了锂电池的发展,锂金属电池的优势及面临的挑战,即锂金属电池存在循环稳定性差和枝晶生长的问题。对此,可以在锂负极表面构建一种人工固体电解质间相（SEI）保护膜。叙述了SEI保护膜的形成、研究方向和负极材料所具备的条件,讨论了锂金属负极电池发展方向,认为锂金属负极电池的需要在基础研究、材料开发和电池工程等方面付出更多的努力。     

改善锂硫电池循环性能的研究进展

综述了制约锂硫电池循环性能的因素和正极、负极、电解质对锂硫电池循环性能改善的影响。介绍了制约锂硫电池循环性能的主要因素：不可逆硫化锂的形成、硫正极多孔结构的失效和电解液组分与锂负极的副反应。分别介绍了改善锂硫电池循环性能的途径：合适的黏合剂、碳材料、正极制备工艺,锂负极保护技术,合理组分的电解质,电池结构与设计。并在此基础上对今后的发展趋势进行了展望。     

全固态锂电池热安全性研究进展

随着液态锂电池的广泛应用,热失控现象时有发生,其热安全性成为亟待解决的问题。全固态锂电池以其优异的安全性显示出巨大的应用潜力。该文简要介绍了全固态锂电池的基本概念及组成结构,重点阐述了氧化物、硫化物以及聚合物固体电解质的最新研究进展,并对这3类全固态锂电池的热安全性差异进行了总结,包括固体电解质材料级别、固体电解质与活性材料或锂金属负极混合时界面级别以及全电池级别的热安全性。此外,锂枝晶现象对全固态锂电池安全性的影响仍不可忽视。目前,针对材料和界面级别的热安全性研究众多,但全电池级别的研究较少,且多集中在小容量电池,针对全电池级别的热安全性仍需进一步探究。最后,指出了未来高安全性全固态锂电池的商业化应用应着力于解决全固态锂电池中的关键界面问题以及锂枝晶问题。     

新型锂电复合电解质的性能研究

固体电解质被认为是解决锂金属电池安全隐患和循环性能的关键,然而较低的离子电导率和较差的界面相容性限制了固态锂电池的进一步发展。本文将Li_(10)GeP_2S_(12)粉末和聚合物单体聚乙二醇甲基醚丙烯酸酯(PEGMEA)复合并完成原位聚合,从而制备出具有高电导率和良好界面相容性的有机无机复合固态电解质。在钴酸锂电池充放电测试中,实现了室温下经0.2C倍率充放电200次后,仍有76%的高容量保持率。对于发展高能量密度、高安全性、高循环寿命的全固态锂离子电池提供了重要参考价值。     

硼氢化锂及其衍生物固态电解质研究进展

含BH~-_4的硼氢化物及其衍生物,具有较高的离子电导率、较宽的电位窗口、及与金属负极材料较好的兼容性等特性,是一类潜在的固态电解质材料。本文主要综述了硼氢化锂及其衍生物作为固态电解质在全固态电池方面应用的研究进展。首先,介绍了硼氢化锂及其衍生物的结构与性质;其次,阐述了该类材料在固态电解质方面的应用及改性;最后,展望了硼氢化锂及其衍生物在固态电解质方面的应用前景。     

固态锂电池正负极界面关键问题研究进展

采用具有优异热、电稳定性的固态电解质取代商用液态电解液，组装全固态锂离子电池被认为是解决电池安全问题的最优方案之一。然而，固态锂电池正负电极与电解质间的固-固界面依然存在接触性差、兼容性差以及离子传输不稳定等关键问题。为加快固态锂电池的研究与开发，分别对固态电池正极-电解质以及负极-电解质界面间的优化策略进行了综述，特别强调了固态电池内部稳定界面的重要性以及对电池性能的影响。     

蚕丝/聚氧化乙烯复合固态聚合物电解质

以天然蚕丝为骨架支撑材料,将聚氧化乙烯(PEO)和锂盐溶液浇铸在蚕丝上干燥成膜,制备得到蚕丝/PEO复合固态聚合物电解质(Silk-PEO-SPE)。通过FTIR、电子拉力机、同步热分析仪、电化学窗口测试、电导率测试对固态聚合物电解质进行了结构和性能表征,并以磷酸铁锂为正极,金属锂为负极组装全固态电池,测试了电池的充放电性能。结果表明,与传统PEO固态聚合物电解质相比,复合固态聚合物具有较好的机械强度(达到10 MPa)和优异的电化学窗口(达到4.6 V),以该电解质组装的全固态锂电池在60℃、1 C电流密度下放电比容量达到113 mA·h/g,循环100次容量保持率达到97%,显示出较优异的循环稳定性。     

固态金属锂电池研究进展：外部压力和内部应力的影响

固态锂金属电池具有理论能量密度高、安全性高等优势,是极有前景的下一代储能系统。然而,固体电极与固体电解质之间有限的固–固接触严重阻碍了界面离子的传输。因此,增加外部压力是增加固–固接触及延长电池循环寿命的重要途径。同时,在充放电过程中,电极体积变化产生的内应力也将影响电池界面特性。通过介绍两种基本物理接触模型,结合硫化物、氧化物、聚合物电解质以及金属锂的物理性质,综述了外压和内部应力对电解质、电极及电池的影响。最后,对外压力与内应力在全固态金属锂电池中的作用进行了总结和展望。     

双氟磺酰亚胺锂盐合成工艺研究进展

电解质锂盐作为锂电池电解液中的关键部分，对锂电池的电化学性能影响巨大。双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)与锂盐正极、石墨负极适应性好，且对环境友好，低温性能、安全性能高，是目前最有产业化前景的锂电池新型电解质锂盐。本文归纳整理了当前双氟磺酰亚胺锂合成工艺和提纯技术，并总结了其应用于新型锂电池中的性能，对其今后的发展方向和前景进行了展望。     

废旧锂离子电池制备锂离子筛及其应用研究进展

锂离子电池报废量爆发式增长,预计到2023年,废旧锂离子电池回收利用将是一个超过300亿元产值的新兴市场,其中,锂资源占可回收金属价值的一半。为探索锂资源高效回收技术,基于现阶段研究热点,讨论了以废旧锰酸锂电池正极材料、废旧三元锂电池正极材料、废旧锰系锂离子电池负极材料为原料制备锂离子筛的方法;探讨了废旧锂离子电池中各类杂质成分对锂离子筛性能的影响;阐述了锰系锂离子筛技术在废旧锂离子电池的锂回收、盐湖卤水提锂和化工制药废水提锂等领域的应用。通过分析得出,锂离子筛的应用能够增加锂盐回收率与回收纯度,降低技术成本,应用前景广阔。     

二次电池中金属锂负极沉脱机理研究进展

金属锂负极是下一代高比能二次电池备受关注的负极材料,以金属锂为负极的锂金属电池具备极高的理论能量密度,但其仍存在充放电循环效率低、电池寿命短等问题。要实现高能量密度高安全性的锂金属电池的合理设计和优化,需要对金属锂负极中锂金属沉积脱出过程的离子输运、电子输运、界面反应等机制机理有清晰的认识。本文针对金属锂负极中存在的枝晶生长、死锂形成、固体电解质界面膜作用等机理问题,综述了研究者们在其沉脱机理的模型与理论计算、实验研究等方面做出的诸多研究进展,为锂金属电池的合理设计提供了更全面的机理认识。     

机器学习原子势在锂金属负极中的应用

锂金属是下一代二次电池的理想负极材料。然而，锂枝晶生长存在安全隐患，并导致电池Coulombic效率低，这严重制约了锂二次电池的商业应用。目前，人们对锂的沉积生长机制在原子尺度上还了解甚少，同时对锂枝晶的成因也众说纷纭。近年来，机器学习在计算材料学中的应用使得许多以前无法实现的进步成为可能，本文综述了机器学习原子势在锂金属负极研究中的应用。     

聚合物固态电解质界面及其优化的研究进展

基于聚合物电解质的固态锂金属电池具有较高的安全性和稳定性，是下一代储能装置的理想选择。然而，电极与聚合物电解质之间的界面仍然是阻碍固态锂金属电池实际发展的关键问题。因此，对聚合物电解质与正负极之间的界面问题进行详细介绍，包括界面接触不良、电极相容性差以及锂枝晶生长，并总结了缓解界面问题的有效方法，展望了聚合物电解质界面的研究方向，为高能量密度固态锂金属电池的研发提供指导。     

石榴石型全固态锂离子电池复合正极研究进展

全固态锂离子电池具有高能量密度、长循环寿命和高安全性等优点,是当前的研究热点。固态电解质是全固态电池的核心组件,石榴石型固态电解质被认为是体型全固态锂离子电池理想的电解质材料。基于石榴石固态电解质构筑复合正极,解决固态电解质与正极材料、电解质层与复合正极层的固–固界面问题,是提高电池性能的关键。详述了石榴石电解质基复合正极构筑以及与电解质间界面修饰的研究进展,并展望了石榴石型全固态锂离子电池的复合正极构筑及界面修饰的发展方向。     

高库伦效率锂金属负极研究

锂金属兼具低电位和高比容量,是一种理想的高比能锂电池负极材料.由于锂金属几乎能与所有的电解液反应,并且充放电过程会不断暴露出高活性锂金属加剧副反应的发生,使得锂金属负极在循环过程中的库伦效率很低.为了提高锂金属负极在有限过量锂条件下的循环寿命,迫切需要改善锂负极的库伦效率.在本工作基于具有较高库伦效率的含醚电解液,通过...     

锂-镁-铝合金作为锂硫化聚丙烯腈电池的稳定负极

锂金属负极由于其低氧化还原电位和高理论比容量在锂硫化聚丙烯(S@PAN)电池中是一种备受关注的负极材料。然而,由于锂金属负极与电解质的副反应引发的锂枝晶的生长严重阻碍了其商业化过程。为了提高锂负极的整体和表面稳定性,研究了锂镁铝合金作为锂-S@PAN电池的负极。研究发现,锂镁铝合金负极能够有效抑制锂枝晶的形成和生长,锂铜半电池的库伦效率明显提高,并显著改善了全电池的循环性能。700次循环后,容量保持率为79%,远高于锂金属电极的64%。     

固态薄膜电池研究进展

目前,固态薄膜电池的研究主要集中在低阻抗电极/电解质界面的构建和高离子电导率固体电解质的开发。介绍了固态薄膜电池的结构设计和离子传输机理,在此基础上讨论了负极膜、正极膜和固体电解质膜的研究进展,最后总结了电极/电解质界面问题及其改进策略。     

几种锂电池正极材料的发展与比较

锂离子电池的性能优劣关键在于其内部的材料性能和结构。锂离子电池的内容材料主要有隔膜、电解质、正极材料以及负极材料,而其中正、负极材料的质量和类型直接关系着锂离子电池所具有的性能以及市场价格。因此,高性能且廉价的正、负极锂离子电池材料成为研究的重点。其中正极材料对电池的性能和价格影响极大,因此,本文重点分析锂电池正极材料。     

磷酸铁锂电池循环初期衰减快原因分析及性能改善

磷酸铁锂电池由于循环性能优异、价格相对低廉、安全性能有保障等诸多优势而备受青睐。磷酸铁锂电池循环曲线的特点是前面衰减很快,到中后期变得平缓。为了挖掘磷酸铁锂电池更长寿命的潜在能力,以磷酸铁锂/石墨电池为研究对象,对衰减较快的前期循环进行了研究,并依据研究结果提出了改善建议。与三元类（NCM）电芯比较,正极材料的首效差异造成磷酸铁锂材料循环衰减快于三元材料,并通过电感耦合等离子体发射光谱（ICP）、X射线衍射（XRD）等手段证实了这一理论。采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP）、能谱（EDS）和差式扫描量热分析（DSC）等多种手段对固体电解质界面（SEI）膜进行了表征,证明磷酸铁锂前期衰减快的原因主要是活性锂的消耗,而损失的活性锂主要用于修复破坏的SEI膜。最后提出一系列改善措施,即通过改善负极颗粒的OI值（活性材料取向指数）、负极涂覆量、负极胶的溶胀、正极比表面积等,可以减缓磷酸铁锂电池前期的衰减速率。