面向高性能锂-硫二次电池应用的非对称电极-电解质界面

锂-硫电池具有高的理论电芯比能量和低成本,是极具应用前景的下一代电化学储能技术,已被广泛研究。实用化锂-硫电池技术目前面临的挑战主要包括正极侧电活性硫物种在充放电过程中的不可逆损失,负极侧枝晶形核生长,以及因活性硫迁移至负极而导致的界面副反应,上述问题会导致电池工况条件下性能迅速衰退,引发电池失效和安全问题。本工作中,我们提出通过设计非对称的电极-电解质界面稳定锂-硫电池正负极电化学,协同促进电极/电解质体相和界面电荷输运,从而延长电池循环寿命,显著提升电化学性能。本文所讨论的策略有望指导电池界面理性设计,助力实现高性能的锂-硫电池。

全固态金属锂电池负极界面问题及解决策略

全固态金属锂电池有望提高当前商用锂离子电池的安全性及能量密度,被广泛认为是下一代电池的重要研发方向.其中的负极-电解质界面与电池性能紧密相连.本文将该界面存在的问题划分为静态及动态两方面,静态问题包括化学不稳定及物理接触差,体现在电池循环前的巨大阻抗,动态问题包括枝晶生长及孔洞形成,体现在电池循环过程性能的快速衰退.本文就静态及动态问题的起因及其解决策略进行分析,并对高性能全固态金属锂电池的设计策略作出展望.

在真空度为10-5Pa下的液体电化学-飞行时间二次离子质谱联用技术研究

传统电化学检测手段致力于研究电活性物质在电极表面的电子转移过程,却很难获得关于电极-电解质界面分子水平的信息。在分子水平实现电化学氧化还原反应中间体的原位检测,对研究电化学反应机理具有重要意义。本研究以辅酶Q0(CoQ0)在金电极表面的氧化还原过程为研究模型,通过构建可用于高真空环境下使用的微流控电化学反应池,在真空度低于10^-5 Pa环境中实现液体电化学-飞行时间二次离子质谱(ToF-SIMS)联用。CoQ0及池体材料氮化硅在电极击穿前后的ToF-SIMS成像结果表明,此联用技术可用于高真空条件下液体样品的直接检测。由电化学工作站对微流控电化学池中的工作电极施加不同电压后,可检测到CoQ0、CoQ0H2及中间体的存在,其随电压相互转化关系与CoQ0在水溶液中的氧化还原行为一致。CoQ0及其还原产物的质谱信号强度的相对变化情况提供了电极表面CoQ0氧化还原过程的直接分子证据,进一步表明此联用技术在电极-电解质界面原位检测方面具有应用潜力,为电极表面电化学反应机理研究提供了更多信息。

锂硫电池中电极过程的原位可视化研究进展（英文）

锂硫电池被认为是极具应用潜力的下一代能源存储器件之一.在锂硫电池中,对电极-电解质界面物质结构和演变规律的深入探究及认知对其进一步发展至关重要.本文结合多种原位可视化技术,包括扫描探针显微术、电子显微术、X射线以及光学显微术,概述了近年来在锂硫电池中界面成像分析的研究进展.主要讨论了在硫正极界面、硫/硫化锂演变、多硫化物溶解以及在锂负极界面、固液界面层形成、锂沉积行为等问题,有助于理解锂硫反应的基本原理并提出优化方案.

拉曼光谱在锂离子电池研究中的应用

综述拉曼光谱(Raman spectroscopy)在锂离子电池碳负极材料、尖晶石LiMn2O4和LiFePO4正极材料、聚合物和室温熔盐电解质以及电极/电解质界面膜研究中的应用,分析了非原位拉曼测试手段与原位拉曼测试手段的优缺点,展望了这一领域目前有待解决的问题和可能应用的新技术.