高锂利用率锂金属负极及其在锂硫电池中的研究进展

随着社会的进步与环保意识的提高,至2030年,众多老牌汽车厂商都会停止生产内燃机汽车。目前国内外的汽车市场无不对电动汽车或混合动力汽车加大研究投入,高比能量锂离子电池作为新时代汽车储能装置的关键组成部分,一直广受关注。目前锂离子电池负极材料如石墨、硅碳等已经广泛应用于锂离子电池中,但石墨负极低的储锂质量比容量(372 mA•h/g)和硅碳负极巨大的体积膨胀效应一直限制了它们的进一步发展。而正极材料如LiFePO4、LiMO2 (M = Ni、Co、Mn)等虽然也已经投入商用,但低储锂质量比容量(<300 mA•h/g)、安全性、倍率性能等问题也限制着它们的发展。被誉为下一代储能系统最有力候选者的锂硫电池是由有着质量比容量分别为3860 mA•h/g和1675 mA•h/g的锂金属负极和硫正极组成的。然而由于锂金属负极存在着枝晶生长的问题,并且硫正极产生的多硫化物会在电解液中溶解引起穿梭效应,这些都严重影响着锂金属电池锂的利用率及锂硫电池的硫利用率。本综述详细介绍了锂金属电池面临的问题以及锂硫电池目前的研究进展。

锂金属负极材料的改性研究进展

金属锂为负极的Li-S和Li-O_(2)电池因其极高的理论比容量,被认为是极具潜力的下一代可充电电池体系。然而锂金属负极应用过程中发生的安全问题,严重制约了锂金属二次电池的商业化应用。依据锂金属负极面临的挑战,本文分析了锂枝晶的形成机制和生长过程。并以此为基础,从电极的结构和界面的角度综述了目前锂金属负极材料的各种改性方案,对实现无阳极锂金属电池具有重要指导意义。

功能化固态电解质膜改性锂金属负极的研究进展

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^(−1)),低电极电位(−3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成枝晶,枝晶的生长会引发电池短路等安全问题,极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度,可调控锂离子在表面均匀沉积,促进离子传输,抑制枝晶生长,因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点,分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响,并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。