电解液化学保护锂金属电池负极的研究进展

锂金属电池被认为是最具潜力的高能量密度储能器件之一,但是锂金属电池负极低库仑效率及不可控的枝晶生长等问题阻碍了其商业化进程.在锂金属电池中,电解液会直接参与固态电解质界面膜(SEI)的形成,对锂金属负极的库仑效率、枝晶生长等产生重要影响.传统LiPF6基酯类电解液中,锂金属库仑效率低,且锂枝晶现象严重.近年来通过电解液添加剂、溶剂、锂盐以及锂盐浓度等途径调控电解液化学,在锂金属负极保护上取得了显著效果.例如,采用与锂金属负极兼容性更佳的醚类溶剂,可以降低电解液与锂金属的反应性;采用多种添加剂与新型锂盐复配可以有效抑制锂枝晶的形成;采用高浓度锂盐电解液,可以形成稳定SEI膜等.本文综述了锂枝晶的生长原理以及通过溶剂、锂盐、添加剂和高浓度电解液等策略调控电解液化学保护锂金属电池负极的研究现状,总结了各种途径的优势及局限性.并对锂金属电池电解液的发展提出了新的见解,以激发新的策略面对锂金属电池后续的挑战.     

锂-空气电池电解液研究进展

锂-空气电池作为比能量最高的电池,有望解决电动汽车及能量存储问题,近年来备受全世界瞩目。在影响其商业化的众多问题中,电解液不稳定,含氧量低及放电产物溶解度小等问题是最关键的制约因素。针对上述限制条件,对非水体系电解液锂-空气电池的研究现状做了全面的阐述与剖析,并预测了未来的发展趋势。此外,还对离子液体,有机混合电解液,水系、有机-水系及全固态电解液体系锂-空气电池的研究进展做了全面调研与概述。     

炭材料在锂金属电池中应用进展

金属锂作为下一代高能量密度电池的负极材料,具有广阔的应用前景.然而,金属锂的沉积/剥离过程常伴随着高曲折度的枝晶的形成,导致电池寿命短,甚至会诱发安全隐患.迄今为止,研究者们已开发出多种方法来抑制枝晶生长和调节固体电解质界面膜的均匀性.炭材料因其轻质、高导电、多级多孔、化学和物理稳定特性被设计成不同种类的材料来用于稳定...     

锂金属负极的改性策略的研究进展

金属锂是下一代高能量密度二次电池的理想负极材料.但锂具有高的反应活性和还原性,造成其SEI膜不稳定、锂枝晶生长和体积膨胀效应等问题,从而限制了锂金属电池的实际应用.基于锂负极存在的问题,综述了锂负极、隔膜、人工SEI膜、电解液和固体电解质的改性策略,并对其未来的研究方向进行了展望.     

锂离子电池石墨负极锂沉积研究进展（英文）

全面推进交通运输电气化是实现“碳中和”的根本途径,而以电化学能量储存和转化为核心的电池、电容器等储能技术的开发是其中的重要环节。锂离子电池具有储能密度高、充放电效率高、响应速度快、产业链完整等优点,是最近几年发展最快的电化学储能技术。石墨具有导电性好、成本低、循环寿命长、溶胀率低、安全性高等优点,是锂离子电池负极的首选材料。然而石墨负极金属锂的沉积不仅降低电池循环及快充性能,而且带来电池短路甚至爆炸等安全隐患。本综述概述了石墨负极的电化学动力学过程,总结了依托原位技术对锂沉积机理的解析,讨论了锂沉积过程的影响因素以及解决办法。最后提出了本领域今后发展过程中可能面临的挑战及机遇。     

有机电解液在钠离子电池中的研究进展

随着对大型储能电池的需求逐渐增加,钠离子电池由于其资源丰富,价格低廉且与锂性质相似等优点而被广泛关注。在钠离子电池的关键材料选择中,钠离子电池的电化学性能和安全性同时受电解液的影响,这不仅决定了电池的电化学窗口和能量密度,而且还控制着电极/电解液界面的性质。本文首先综述了钠离子电池电解质的基本要求、主要分类,重点讨论了对钠离子电池电解质的选择性要求及不同钠盐的物化性能和对固体电解质界面的影响;其次针对不同溶剂和材料的兼容性以及材料在不同溶剂体系中的储能机制等,分别对材料在醚类和酯类电解液中获得的固体电解质界面特点、倍率性能、循环性能等展开分析。最后指出钠离子电池电解质未来在与材料的匹配、关键性表征方法等方面的发展路线。     

金属铋纳米颗粒原位修饰碳纳米管促进锂均匀沉积

锂金属具有高理论比容量和低电化学电位,是发展高能量密度电池最有吸引力的负极材料之一。然而,锂金属负极在反复的沉积/剥离过程中,不可避免地会出现不规则的锂枝晶生长,这将严重影响锂金属电池的循环寿命和使用安全性。本研究发展了一种简单温和的策略,在碳纳米管上原位修饰铋纳米颗粒,并涂覆在商业铜箔表面用作锂金属负极的集流体。研究表明,原位修饰的铋纳米颗粒可显著促进锂均匀沉积,抑制锂枝晶生长,从而提高锂金属电池的电化学性能。在电流密度为1 mA·cm^–2的条件下,基于Bi@CNT/Cu集流体的锂铜电池循环300圈后库仑效率可稳定在98%。基于Li@Bi@CNT/Cu负极的对称电池可稳定循环1000 h。基于Bi@CNT/Cu集流体的磷酸铁锂(LFP)全电池也获得了优异的电化学性能,在1C(170m A·g^–1)倍率下可稳定循环700圈。本研究为抑制锂金属负极枝晶生长提供了新的思路。     

锂空气电池性能改善方法的研究进展

锂空气电池是一种高能量密度的清洁储能设备,其应用对于缓解能源危机和环境压力具有重要意义。当前,锂空气电池性能仍受到阳极锂腐蚀、电解质分解、充放电效率低的影响。本文结合国内外研究最新进展,从阳极锂保护、电解质及添加剂的使用、氧化还原中间体和多孔阴极结构等方面探讨改善锂空气电池稳定性、提高放电产物分解速度、降低充放电过电位的方法,并对锂空气电池的应用前景进行展望。     

锂硫聚合物二次电池关键材料研究进展

报告了在复合型纳米硫正极材料、纳米储锂合金负极材料和用原位合成工艺掺入纳米二氧化硅的凝 胶型聚合物电解质的研制方面所取得的进展;所研制的复合型纳米硫正极材料与凝胶电解质及锂金属负极配合 制成扣式实验电池进行测试,容量已达到７００mAh桙g,发现该材料放电电压是现有锂钴氧材料放电电压的一半, 双电池串联可以与现有锂钴氧材料电池互换;采用微乳液新工艺合成的Cu－Sn纳米合金材料,以石墨与金属锡 复合的材料,以及以金属氧化物作为原料,采用乳液法制备碳微球镶嵌金属锡的球形复合材料等高容量负极材 料取得了较大的进展     

钠离子电池HOPG负极固体电解质界面膜的AFM研究

固体电解质界面膜(Solid Electrolyte Interphase, SEI)在钠离子电池(Sodium Ion Battery, NIB)中扮演着重要作用。迄今为止, 对于钠离子电池SEI膜的探索仍然十分有限。本研究利用电化学原子力显微镜(Electrochemical AFM, EC-AFM), 通过循环伏安法研究了钠离子电池负极材料高定向热解石墨(Highly Oriented Pyrolytic Graphite, HOPG), 在碳酸乙烯酯(Ethylene Carbonate, EC)和氟代碳酸乙烯酯(Fluoroethylene Carbonate, FEC)电解液中首次充放电过程SEI膜的结构变化。通过纳米刻蚀的方法, 进一步获得首次充放电结束后SEI的厚度。结合X射线光电子能谱(X-ray Photoelectron Spectroscopy, XPS)分析了HOPG在EC和FEC电解液中所形成的SEI膜的化学组成区别。研究结果表明, 在EC电解液中, 所生成的SEI膜在HOPG表面非台阶处较薄, 但在HOPG的台阶处较厚; 在FEC电解液中, 所生成的SEI膜很厚, 具有明显的双层结构。其中上层是由体积较大的颗粒组成, 下层则由致密的小颗粒组成。     

高性能锂金属电池负极结构设计及界面强化研究进展

锂离子电池(LIBs)作为目前使用最广泛的二次电池,绝大多数以理论比容量较低的石墨(372 m Ah/g)为负极,已无法满足人们日益增长的对电池储能性能的要求。金属锂因其超高的理论比容量(3 860 m Ah/g)和最低的还原电势(-3.04 V,相比于氢标准电极)被看作是下一代高能量密度可充电锂电池最理想的负极材料。尤其是当金属锂与硫、氧组成锂-硫或锂-氧电池体系时,其理论能量密度远超锂离子电池,受到研究者的广泛关注。然而,库伦效率低和稳定性差一直是限制锂金属电池商业化应用的关键因素。当金属锂直接用作电池负极时,其易与电解液反应,在其表面形成一层脆弱的固态电解质中间相(SEI)膜。电池循环时,负极体积膨胀会破坏SEI膜,诱导锂枝晶和“死锂”形成,造成不可逆的容量损失。此外,锂枝晶生长至一定程度后会刺穿隔膜,导致电池内部短路甚至发生爆炸,引发严重的安全问题。为了解决上述问题,研究者们在锂金属负极失效机制、结构设计及界面强化等方面进行了许多探索。一些研究枝晶生长的理论模型如Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和静电屏蔽模型等已受到广泛认可。在此基础上,研究者们尝试通...     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料,但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题,本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料,HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度,丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积,从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^-2、沉积电量为1.0 mAh·cm^-2条件下可以循环超过250周次,其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO₄)正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO₄全电池,在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^-1,较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO₄全电池(60.8 mAh·g^-1)提升了32.8 mAh·g^-1。     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能EI

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料,但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题,本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料,HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度,丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积,从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^(-2)、沉积电量为1.0 mAh·cm^(-2)条件下可以循环超过250周次,其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO_(4))正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO_(4)全电池,在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^(-1),较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO_(4)全电池(60.8 mAh·g^(-1))提升了32.8 mAh·g^(-1)。     

二甲基亚砜对有机电解液锂空气电池性能的影响

以硝酸锂-二甲基乙酰胺(LiNO_3-DMA)有机电解液体系为基础,向电解液体系添加溶剂二甲基亚砜(DMSO),研究分析了混合溶剂电解液的物化性质、恒流充放电及反应机理。DMSO的添加可以使锂负极形成稳定的固体电解质相界面(SEI)膜,有效增强了LiNO_3-DMA与锂的化学兼容性,降低了极化阻抗,因此循环性能有所提高。截止比容量为1 000mAh/gcarbon、电流密度为0.2mA/cm~2时可稳定循环40周。SEM及XRD分析表明,LiNO_3-DMA和LiNO_3-DMA/DMSO放电均生成可循环产物Li_2O_2,但DMSO中的疏水性甲基抑制了LiNO_3-DMA中副产物LiOH的生成。此外,LiNO_3-DMA循环过程中生成了含硫化合物,这是导致放电终止的重要原因。     

锂硫电池隔膜改性研究进展

锂硫电池因高比容量和高能量密度引起了研究者们的广泛关注,成为新型锂电池研究热点之一。隔膜作为锂硫电池的重要组成部分,是提高电池各方面性能的关键。现阶段锂硫电池隔膜改性工作主要集中于高性能涂层材料的设计与合成以及新型隔膜材料的开发。本文综述了锂硫电池隔膜改性的研究现状,分别从碳涂层隔膜、元素掺杂碳涂层隔膜、金属氧化物/碳复合涂层隔膜、新型薄膜材料和多层隔膜等五个方面进行介绍,指出了从隔膜入手提高导电性、抑制穿梭效应、减轻锂电极腐蚀,从而提高电池电化学性能的重要性。     

半限域层次孔炭三维锂负极的构筑及性能EI北大核心

金属锂负极是锂电池极具发展潜力的高能二次电池负极材料,但是锂枝晶生长、界面不稳定、循环稳定性差和体积膨胀大等问题限制了锂负极的应用。针对枝晶生长和体积膨胀的问题,本工作通过模板法构筑了一种具有较大比表面积的半限域式层次孔炭(HPC)材料,HPC电极材料的高比表面积可降低局部电流密度,丰富的孔道结构可将锂限制在其内部沉积,从而达到抑制枝晶生长和缓解体积膨胀的目的。Li‖HPC电池在电流密度为1.0 mA·cm^(-2)、沉积电量为1.0 mAh·cm^(-2)条件下可以循环超过250周次,其库仑效率保持在97.6%。采用此负极与磷酸铁锂(LiFePO_(4))正极匹配制备的Li@HPC‖LiFePO_(4)全电池,在0.5 C下循环100周次后的正极放电比容量为93.6 mAh·g^(-1),较相同条件下的Li@Cu‖LiFePO_(4)全电池(60.8 mAh·g^(-1))提升了32.8 mAh·g^(-1)。     

锂离子电池用有机电解液和聚合物电解质的研究进展

从导电锂盐、有机溶剂和添加剂三个方面详细综述了锂离子电池用有机电解液的研究进展。同时针对聚合物电解质的组成、结构和性能的差异，将其分为四类，阐述了它们的优缺点及其在锂离子电池中的应用与研究进展。最后展望了电解质的发展前景。     

可充镁电池负极与电解液相容性的研究进展

金属镁具有较高的理论体积比容量(3 833 mAh·cm^-3)和较低的还原电位(-2.37 V vs.SHE),其作为镁电池负极具有能量密度高、安全性好且成本较低等优点。因此,可充镁电池是极具发展前景的新型二次电池体系。然而,可充镁电池的金属镁负极在充放电过程中易与电解液发生反应,形成阻碍Mg²⁺可逆沉积/溶解的致密钝化膜,导致较大的极化与较低的库伦效率;此外,镁负极与常规电解液的反应也会限制一些高性能正极材料的应用。本文围绕可充镁电池负极与电解液之间的相容性问题,总结了可充镁电池中负极材料及其界面调控方法等方面的研究进展,介绍了合金化负极材料与纳米/插层负极材料对改善可充镁电池循环性能的重要作用,并重点介绍了人工电解质界面膜和固态电解质对解决金属镁负极与电解液相容性问题的作用。此外,本文还从减少电解液副反应和调控钝化膜的角度,对提升可充镁电池负极与电解液相容性的研究重点与目标进行了总结和展望。     

锂硫二次电池硫正极复合材料的改性研究进展

在能源问题日益严重的今天,硫正极材料探索与研究越来越受到人们的关注。主要从硫/纳米金属氧化物、硫/导电高聚物、硫/碳、硫/碳/导电高聚物4个方面综述了各种硫正极复合材料的优缺点、制备及改性的方法,重点介绍了不同的复合材料对电化学性能的影响,为新型硫正极材料的制备和改性指明了方向。