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机械压力对锂电池性能影响的研究进展

化工学报 2021年第7期72卷 3511-3523页

作者：崔锦石川赵金保青岛大学物理科学学院山东青岛266071 厦门大学化学化工学院福建厦门361005

锂电池在充放电过程中,由于锂离子的嵌入/脱出或沉积/剥离,SEI膜持续生长及产气等副反应的发生会造成电池产生内压。压力能够通过界面作用影响锂电池的各项性能。回顾并总结了近年来压力,包括电池内压及外加压力对锂电池性能影响的研究... 详细信息

锂电池在充放电过程中,由于锂离子的嵌入/脱出或沉积/剥离,SEI膜持续生长及产气等副反应的发生会造成电池产生内压。压力能够通过界面作用影响锂电池的各项性能。回顾并总结了近年来压力,包括电池内压及外加压力对锂电池性能影响的研究。从压力作用下电池材料的形变、界面阻抗及金属锂负极的沉积模式及电池的循环和倍率性能的改变等角度出发,详细介绍了压力对锂电池隔膜及电解质、插层电极材料、合金电极材料及锂金属电极性能的影响及作用机理。同时对合理利用压力改善电池性能以及相关锂电池的设计策略进行展望,为从事相关研发的工作者提供一些借鉴。

关键词：锂电池电池压力电解质力学性能金属锂负极界面弹性

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金属锂电池的热失控与安全性研究进展

物理化学学报 2021年第1期37卷 55-72页

作者：张世超沈泽宇陆盈盈浙江大学化学工程与生物工程学院杭州310027

锂离子电池在便携式储能器件及电动汽车领域得到了广泛应用,然而频繁发生的电池起火爆炸事故,使热失控和热安全问题备受人们关注,目前已有多篇综述报道了缓解锂离子电池热失控的措施。相比于已经接近理论比能极限的锂离子电池,金属锂负... 详细信息

锂离子电池在便携式储能器件及电动汽车领域得到了广泛应用,然而频繁发生的电池起火爆炸事故,使热失控和热安全问题备受人们关注,目前已有多篇综述报道了缓解锂离子电池热失控的措施。相比于已经接近理论比能极限的锂离子电池,金属锂负极具有更高的比容量、更低的电势和高反应活性,但是不可控的锂枝晶生长,使得金属锂电池的热失控问题更为复杂和严重。针对金属锂电池的热失控问题,本文首先介绍了热失控的诱因及基本过程和阶段,其次从材料层面综述了提高电池热安全性的多种策略,包括使用阻燃性电解质、离子液体电解质、高浓电解质和局域高浓电解质等不易燃液态电解质体系,开发高热稳定性隔膜、热响应隔膜、阻燃性隔膜和具有枝晶检测预警与枝晶消除功能的新型智能隔膜,以及研究热响应聚合物电解质,最后对金属锂电池热失控在未来的进一步研究进行了展望。

关键词：热失控热安全金属锂负极金属锂电池

稳定锂电化学沉积和溶解行为的LiC_(6)异质微结构界面层

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物理化学学报 2021年第2期37卷 158-164页

作者：张自博邓伟周旭峰刘兆平中国科学院宁波材料技术与工程研究所动力锂电池工程实验室中国科学院石墨烯工程实验室浙江省石墨烯应用研究重点实验室浙江宁波315201 中国科学院大学材料科学与光电技术学院北京100049

本文采用机械辊压方法在金属锂表面通过原位固相反应生成LiC_(6)异质微结构界面层,并研究了在碳酸酯有机电解液体系下该异质层对锂电化学沉积和溶解行为的影响。通过形貌表征与电化学测试发现,LiC_(6)异质层能够有效提升锂电化学沉积的... 详细信息

本文采用机械辊压方法在金属锂表面通过原位固相反应生成LiC_(6)异质微结构界面层,并研究了在碳酸酯有机电解液体系下该异质层对锂电化学沉积和溶解行为的影响。通过形貌表征与电化学测试发现,LiC_(6)异质层能够有效提升锂电化学沉积的可逆性与均匀性,从而抑制枝晶生长及维持沉积/溶解界面的稳定。使用异质层改性金属锂负极的扣式全电池也较纯金属锂负极体系表现出更为优异的循环稳定性。

关键词：锂金属二次电池金属锂负极枝晶异质微结构 LiC_(6)

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金属有机骨架材料在金属锂电池界面的应用

物理化学学报 2021年第1期37卷 39-54页

作者：孙宇恒高铭达李慧徐丽薛晴王欣然白莹吴川环境科学与工程北京市重点实验室北京理工大学材料学院北京100081 先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司) 北京102209 北京电动汽车协同创新中心北京100081

金属锂电池是下一代高能量密度电池体系的代表。然而,高比能金属锂电池的发展受到界面诸多问题的限制,如:金属锂负极枝晶生长、隔膜界面兼容性、正极界面不稳定等,影响了金属锂电池的界面传质传荷过程,并导致金属锂界面环境恶化、电池... 详细信息

金属锂电池是下一代高能量密度电池体系的代表。然而,高比能金属锂电池的发展受到界面诸多问题的限制,如:金属锂负极枝晶生长、隔膜界面兼容性、正极界面不稳定等,影响了金属锂电池的界面传质传荷过程,并导致金属锂界面环境恶化、电池的容量衰减、安全性能下降等问题。金属有机骨架(MOF)是一种具有稳定多孔结构的有机无机杂化材料,近年来在高比能金属锂电池领域受到广泛关注。其多孔结构与开放的金属位点(OMs)提供了优异的离子电导率,稳定的空间结构提供了较高的机械强度,多样的官能团与金属节点带来丰富的功能性。本文分析了金属锂电池界面的主要挑战,结合金属锂界面的成核模型,总结了MOF及其衍生材料在解决锂金属负极界面、隔膜界面、以及正负极界面稳定性相互作用等方面的研究进展和作用机理,为解决高比能金属锂电池界面失稳问题提供了解决途径,并展望了MOF基材料的设计与发展方向。

关键词：金属锂负极金属有机骨架界面防护隔膜电解液金属锂电池

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锂硫电池中的表面修饰

硅酸盐学报 2017年第10期45卷 1367-1381页

作者：温兆银靳俊谷穗马国强中国科学院上海硅酸盐研究所上海200050

锂硫电池理论能量密度高(2 600 W·h/kg)、硫原料丰富、成本低,是最有发展前景的锂二次电池技术之一。然而硫以及放电产物硫化锂电导率低,电化学反应过程中生成的可溶性多硫化物的"穿梭效应"以及电池充放电过程中电极的体积效应等,影响... 详细信息

锂硫电池理论能量密度高(2 600 W·h/kg)、硫原料丰富、成本低,是最有发展前景的锂二次电池技术之一。然而硫以及放电产物硫化锂电导率低,电化学反应过程中生成的可溶性多硫化物的"穿梭效应"以及电池充放电过程中电极的体积效应等,影响了锂硫电池性能的发挥,阻碍了锂硫电池实用化进程。近年来,通过电极材料的设计、电极表界面的修饰以及电解液体系优化,锂硫电池的性能得到显著提升。综述了近年来锂硫电池中硫正极、隔膜和金属Li表界面修饰方面的研究进展。

关键词：锂硫电池硫正极隔膜金属锂负极修饰

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新型锂-液流电池

科学通报 2016年第3期61卷 350-363页

作者：胡林童郭凯李会巧翟天佑华中科技大学材料科学与工程学院材料成形与模具技术国家重点实验室武汉430074

锂-液流电池将锂离子电池与液流电池进行了巧妙的组合,成为近年来电池体系创新的一个亮点.锂-液流电池正极采用可溶性氧化还原电对作为活性物质,负极采用电位最低、比容量大的金属锂,实现了不同电极反应和电解液体系的交叉应用,获得了... 详细信息

锂-液流电池将锂离子电池与液流电池进行了巧妙的组合,成为近年来电池体系创新的一个亮点.锂-液流电池正极采用可溶性氧化还原电对作为活性物质,负极采用电位最低、比容量大的金属锂,实现了不同电极反应和电解液体系的交叉应用,获得了比传统液流电池更高的工作电压,且不受锂离子电池电极材料比容量的限制.本文对锂-液流电池的组成结构、工作原理和性能特点进行了介绍,总结了其关键技术要素,对近年来锂-液流电池的研究进展进行了综述,并指出了其面临的挑战和未来发展的方向.

关键词：锂-液流电池水系/非水系混合体系金属锂负极氧化还原电对固态锂离子传导膜

基于局部高盐界面润湿策略构筑的固态金属锂软包电池

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物理化学学报 2021年第2期37卷 129-135页

作者：朱高龙赵辰孜袁洪南皓雄赵铂琛侯立鹏何传新刘全兵黄佳琦北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081 深圳大学化学与化工学院功能高分子深圳市重点实验室广东深圳518000 清华大学化学工程系绿色化学反应工程与技术北京市重点实验室北京100084 广东工业大学轻工化工学院广州510006 深圳大学光电工程学院光电子器件与系统(教育部/广东省)重点实验室广东深圳518060

固态金属锂电池因其优异的安全性和高的理论能量密度被认为是最具前景的下一代储能电池体系之一。随着以硫化物为代表的高离子导率电解质被逐渐开发,金属锂与固态电解质界面成为限制固态电池应用的主要瓶颈。金属锂/电解质的固固界面存... 详细信息

固态金属锂电池因其优异的安全性和高的理论能量密度被认为是最具前景的下一代储能电池体系之一。随着以硫化物为代表的高离子导率电解质被逐渐开发,金属锂与固态电解质界面成为限制固态电池应用的主要瓶颈。金属锂/电解质的固固界面存在着界面接触差、界面电荷传输阻力高等问题。本文以固态金属锂软包电池为研究对象,通过由1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚、乙二醇二甲醚与双三氟磺酰亚胺锂组成的局部高盐液态电解液(HFE-DME LiTFSI)对金属锂/固态电解质界面进行润湿,增加金属锂与固态电解质之间的离子接触,降低离子传输阻力,从而提高锂离子在界面的传输能力。在30 mm×30 mm Li|Li4Ti5O12(LTO)固态软包电池中,通过3.0μL·cm^(−2) HFE-DME LiTFSI局部高盐液态电解液润湿金属锂与固态电解质界面,软包电池的界面电阻从4366Ω·cm^(−2)降低到了64Ω·cm^(−2)。在0.1C与0.5C倍率下,LTO的放电比容量分别达到107与96 mAh·g^(−1)。同时,Li-S固态软包电池在0.01C及0.02C下,比容量也达到了1100与932 mAh·g^(−1)。

关键词：固态软包电池金属锂负极硫化物电解质界面润湿

非水溶剂Li-O2电池锂负极研究进展(英文)

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物理化学学报 2017年第3期33卷 486-499页

作者：张彦涛刘圳杰王佳伟王亮彭章泉中国科学院长春应用化学研究所电分析化学国家重点实验室中国科学院大学

非水溶剂Li-O2电池因其高的理论能量密度,近年来备受关注。非水溶剂Li-O2电池的典型结构为金属锂负极、含Li+的非水溶剂电解液和多孔氧气正极。目前,多数Li-O2电池研究集中在正极的氧气电极反应;金属锂负极极强的还原性导致的副反应使Li... 详细信息

非水溶剂Li-O2电池因其高的理论能量密度,近年来备受关注。非水溶剂Li-O2电池的典型结构为金属锂负极、含Li+的非水溶剂电解液和多孔氧气正极。目前,多数Li-O2电池研究集中在正极的氧气电极反应;金属锂负极极强的还原性导致的副反应使Li-O2电池中的化学和电化学反应变得更为复杂。因为,电解液和从正极扩散来的O2都会与金属锂发生反应;锂负极上生成的副反应产物同样会扩散到正极一侧,干扰正极的O2反应。此外,锂负极上可能生成锂枝晶,降低电池的安全性能,进而阻碍Li-O2电池的实用化。因此,研究并解决锂负极的电化学稳定性和安全问题迫在眉睫。本文综述了近年来国内外在非水溶剂Li-O2电池锂负极保护和修饰方面的最新研究进展,包括:可替代的对/参比电极的选择、电解液和添加剂、复合保护层与隔膜的研究、先进实验技术的开发与应用、并针对未来非水溶剂Li-O2电池的发展进行了展望。

关键词：锂-氧电池金属锂负极锂负极稳定性固态电解质界面膜

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纳米硅担载提高锂-碳复合负极的电化学性能

物理化学学报 2019年第12期35卷 1313-1315页

作者：刘忠范北京大学化学与分子工程学院

1背景介绍金属锂作为锂离子电池负极,具有极高的比容量和极低的还原电势,也可和不含锂源的正极材料搭配做成如锂-硫,锂-氧气等电池,是发展下一代高能量密度电池的关键材料。从上个世纪七十年代开始,研究者们就开始了金属锂负极的研究1-... 详细信息

1背景介绍金属锂作为锂离子电池负极,具有极高的比容量和极低的还原电势,也可和不含锂源的正极材料搭配做成如锂-硫,锂-氧气等电池,是发展下一代高能量密度电池的关键材料。从上个世纪七十年代开始,研究者们就开始了金属锂负极的研究1-3。然而,由于金属锂自身高的反应活性和趋于无限的体积膨胀的特点,使得金属锂会与电解液发生严重的反应,导致较低的循环库伦效率。同时,金属锂在循环过程中容易生成锂枝晶,引起电池短路,带来安全隐患。

关键词：正极材料金属锂负极库伦效率锂枝晶循环过程高能量密度电化学性能还原电势