金属锂电池死锂形成机制及解决策略

锂作为一种高容量负极,是构筑高比能金属锂电池的关键材料。然而金属锂电池实际应用仍面临诸多挑战,尤其是死锂问题,导致电池循环寿命和安全性严重下降。本文从死锂的形成机制、表征技术和解决策略三个方面开展论述。死锂主要来源于不完全的脱锂过程,以及锂的化学/电化学腐蚀,后者在电池充放电以及日历老化过程中都会发生。结合作者及合作者近期的相关研究报道,本文讨论了冷冻电镜、原位光学显微镜/拉曼光谱、三电极电化学技术等在死锂微观结构组成及其形成演变机制方面的应用。概括了通过设计骨架支撑锂的体相结构,引入保护层稳定界面,配置高性能电解液/固态电解质等死锂抑制型策略,减少死锂的产生和积累。此外,分析了解决死锂问题的激活策略,利用氧化还原对实现死锂的转化、迁移、存储和再利用。由于锂腐蚀、界面溶解、内电场作用等,实际电池体系中死锂的结构组成、空间分布等都存在复杂的动态变化,仍需开展大量研究剖析死锂的动态演变机制,提出根治死锂问题的科学思路。

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金属锂。按照特定的功能进行分类,本文总结了炭材料在锂金属电池中作为骨架、电解液添加剂和涂层等方面的研究进展。从结构和化学方面讨论了各种炭材料的优点和局限性。最后,就如何推动锂金属电池的应用,展望了未来炭材料的发展前景。

SnS@Ti_3C_2复合材料的制备及其储锂性能研究

MXene是一类新型二维过渡金属碳化物晶体,该类材料具有一些优异的性质,如高的电导率、低的锂离子扩散能垒、独特的金属离子吸附特性等等,但是,作为锂离子电极材料时,MXene材料容量较低,限制了它在锂离子电池领域的进一步应用。本文以Ti_3C_2(最具代表性的一种MXene材料)为基体材料,通过液相插层、水热合成以及高温热处理,成功制备出二维SnS@Ti_3C_2复合材料。研究发现,当Ti_3C_2:L-半胱氨酸的质量比为1:3时(L-半胱氨酸:Na2Sn O3·4H2O=1:4),合成出来的Sn S@Ti_3C_2在0.1 A×g^(-1)的电流密度下循环50次之后,容量达到735.8 m Ah×g^(-1),且保持稳定;在3 A×g^(-1)的电流密度下,其容量能达到525.4 m Ah g^(-1);而当电流恢复到0.1 A×g^(-1)时,其容量能恢复到689.2 m Ah×g^(-1),展现出了优异的倍率性能。

高性能锂硫电池正极用碳基材料的表、界面修饰

锂硫电池的理论能量密度为2600 W·h/kg,是常规锂离子二次电池的3~5倍,是目前最有可能产业化的下一代二次电池技术之一,因此近年来引起了研究人员的广泛关注。然而单质硫与Li2S的低电导率、充放电过程中单质硫的体积膨胀、电化学反应中间产物多硫化锂的"穿梭效应"及最终放电产物的不可控沉积等问题降低了活性物质的利用率和电池的循环寿命,严重阻碍了锂硫电池的商业化进程。在锂硫电池正极材料的改性方法中,将单质硫与表、界面修饰的碳基材料复合制备出多功能碳/硫复合材料是提高电池性能地有效手段。本文概括综述了近几年来碳基材料的表、界面修饰及在锂硫电池正极中的应用。