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锂金属负极的挑战与改善策略研究进展 被引量:21
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作者 刘凡凡 张志文 +2 位作者 叶淑芬 姚雨 余彦 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第1期13-38,共26页
锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。然而由于锂金属的高活性,锂负极在循环过程中会产生大量的枝晶,导致SEI(solid-electrolyte interphase)破裂,并且枝晶增加了电极与电解液... 锂金属由于其高比容量和低电极电势等优点被认为是下一代高比能量电池体系中最有潜力的负极材料。然而由于锂金属的高活性,锂负极在循环过程中会产生大量的枝晶,导致SEI(solid-electrolyte interphase)破裂,并且枝晶增加了电极与电解液的接触面积,使得副反应进一步增加。此外,脱落的枝晶形成死锂,从而降低电池的充放电库仑效率。并且不可控的锂枝晶持续生长会刺穿隔膜引发电池短路,伴随着电池热失控等安全问题。本综述基于锂负极存在的主要挑战,结合理解锂枝晶的成核生长模型等机理总结并深度分析近些年来在液态和固态电解质体系中改善锂金属负极的主要策略及其作用机理,为促进高比能量锂金属电池的应用提供借鉴参考作用。 展开更多
关键词 锂金属负极 三维基体 电解液 添加剂 人造sei 锂金属电池
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Porous LiF layer fabricated by a facile chemical method toward dendrite-free lithium metal anode 被引量:18
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作者 Yanxia Yuan Feng Wu +2 位作者 Guanghai Chen Ying Bai Chuan Wu 《Journal of Energy Chemistry》 SCIE EI CAS CSCD 2019年第10期197-203,共7页
Lithium metal is supposed to be critical material for constructing next-generation batteries due to extremely high capacity and ultralow redox potential. However, the perplexing issue of lithium dendrite growth impede... Lithium metal is supposed to be critical material for constructing next-generation batteries due to extremely high capacity and ultralow redox potential. However, the perplexing issue of lithium dendrite growth impedes the commercial application. The initial nucleation and low Li ions diffusion rate in the electrolyte/electrode interface dominate the deposition behavior. Therefore, a uniform and flexible interface is urgently needed. Here, a facile method is proposed to prepare a thin and porous LiF-rich layer (TPL) by the in-situ reaction of small amount of ammonium hydrogen difluoride (NH4HF2) and Li metal. The deposition morphology on Li metal anode with LiF layer is significantly flat and homogeneous owning to low lateral diffusion barrier on LiF crystals and the porous structure of TPL film. Additionally, the symmetrical cells made with such TPL Li anodes show significantly stable cycling over 100 cycles at high current density of 6 mA/cm^2. The TPL Li|LiFePO4 full cells keep over 99% capacity retention after 100 cycles at 2.0 C. This approach serves as a facile and controllable way of adjusting the protective layer on Li metal. 展开更多
关键词 LITHIUM metal anode POROUS LIF LAYER LITHIUM DENDRITE artificial sei
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锂电池中固体电解质界面研究进展 被引量:9
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作者 杨毅 闫崇 黄佳琦 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2021年第11期49-61,共13页
锂离子电池在电子产品和电动汽车等领域已得到广泛应用,同时具有更高比能量的锂离子电池和锂金属电池也在不断研发中。电极界面的研究在推动电池的研发和产业化过程中发挥重要作用,因为电池在首次充放电过程中电解液组分在电极/电解质... 锂离子电池在电子产品和电动汽车等领域已得到广泛应用,同时具有更高比能量的锂离子电池和锂金属电池也在不断研发中。电极界面的研究在推动电池的研发和产业化过程中发挥重要作用,因为电池在首次充放电过程中电解液组分在电极/电解质界面上发生氧化/还原反应并形成离子导通、电子绝缘性质的界面膜,界面膜对于维持电极结构的完整性、保障锂离子快速迁移和防止电解液持续分解十分关键,因此其稳定性与电池的循环性能和使用寿命密切相关。本文综述了固体电解质界面(SEI)的研究进展,首先介绍了SEI在初次充放电阶段对电位的依赖性,讨论SEI的形成机理,具体分析了影响SEI形成的两个关键因素,即电极表面的离子特性吸附和电解液体相的溶剂化组成和结构;其次,梳理总结了界面的结构与化学组成研究进展,及锂离子在界面中可能的传导机制;此外还简要概述了影响界面膜的因素和调控界面膜的策略;最后对SEI在未来的研究方向进行了展望。 展开更多
关键词 锂电池 固体电解质界面 溶剂化结构 形成机理 人工固体电解质界面
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金属锂负极表面构建稳定SEI膜的研究进展 被引量:2
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作者 梁珊珊 俞成丙 +1 位作者 周旭峰 刘兆平 《电源技术》 CAS 北大核心 2020年第9期1391-1394,共4页
以金属锂为负极材料的锂金属二次电池被认为是最具前景的下一代高比能电池。然而,由于金属锂与电解液之间自发反应生成的固态电解质界面(SEI)在电池循环过程中的稳定性较差,加剧了锂枝晶生长、库仑效率降低和容量衰减等一系列问题,从而... 以金属锂为负极材料的锂金属二次电池被认为是最具前景的下一代高比能电池。然而,由于金属锂与电解液之间自发反应生成的固态电解质界面(SEI)在电池循环过程中的稳定性较差,加剧了锂枝晶生长、库仑效率降低和容量衰减等一系列问题,从而限制了锂金属二次电池的商业应用,因此提高SEI的稳定性是锂金属二次电池领域的研究热点。总结了近年来对SEI组分与结构进行调控以改善其稳定性的研究进展,并展望了金属锂表面SEI设计与构建的研究趋势,为金属锂负极的研究提供借鉴。 展开更多
关键词 金属锂负极 固态电解质界面(sei) 电解质添加剂 人造sei
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锂金属电池中枝晶的研究进展 被引量:1
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作者 汪炳前 鲁书涵 吴建宝 《化学研究与应用》 CAS CSCD 北大核心 2021年第11期2049-2058,共10页
相比于当前大规模商用化的锂离子电池,锂金属电池具有超高的理论能量密度,随着锂离子电池的实际能量密度逐渐趋近于它的理论能量密度,对更高能量密度电池的需求驱使着人们将目光放在锂金属电池上。但是锂金属电池在实际应用中存在安全隐... 相比于当前大规模商用化的锂离子电池,锂金属电池具有超高的理论能量密度,随着锂离子电池的实际能量密度逐渐趋近于它的理论能量密度,对更高能量密度电池的需求驱使着人们将目光放在锂金属电池上。但是锂金属电池在实际应用中存在安全隐患,其原因是Li^(+)容易在阳极不平整的表面不均匀沉积形成锂枝晶,进而导致电池性能降低,甚至引起如短路、起火或爆炸等安全问题。本文综述了锂金属电池中锂枝晶的形成机理及抑制锂枝晶的方法,并对其存在的关键问题和发展前景进行了讨论。 展开更多
关键词 锂金属电池 锂枝晶 电解质添加剂 人工sei
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蒙脱土基材料在锂金属电池中的应用研究进展
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作者 贺明亮 邢艺博 +1 位作者 裴依飞 柳勇 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1432-1441,共10页
锂金属电池作为下一代高能量密度电池的代表,近年来受到了广泛的关注和研究。然而,锂金属电池的商业化应用依然面临着重大的挑战,如锂枝晶的不可控生长和电解质界面稳定性差导致电池的循环性能较差,甚至引发严重的安全问题。蒙脱土因其... 锂金属电池作为下一代高能量密度电池的代表,近年来受到了广泛的关注和研究。然而,锂金属电池的商业化应用依然面临着重大的挑战,如锂枝晶的不可控生长和电解质界面稳定性差导致电池的循环性能较差,甚至引发严重的安全问题。蒙脱土因其独特的结构,大的比表面积以及良好的热稳定性,有望用于锂金属电池中来提高其电化学性能。因此,在锂金属电池中引入蒙脱土基材料被认为是解决上述问题最有效的方法之一。综述了用于高性能锂金属电池的蒙脱土基材料、改性策略等相关研究进展,并对其未来发展进行了展望。 展开更多
关键词 锂金属电池 蒙脱土基材料 改性策略 电解质 人工sei
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锂金属阳极表面SEI膜的制备与研究
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作者 牟婧妍 王维宙 孙兆勇 《电源技术》 CAS 北大核心 2024年第8期1554-1560,共7页
采用将锂金属阳极浸润在氟化铜混合溶液的方法对锂阳极表面进行SEI层的人工修饰。系统观察不同浓度氟化溶液和浸润时间对阳极表面生成SEI膜的影响,选择1.0%质量分数CuF_(2)溶液浸润10 s为最佳实验条件。结合电化学测试与形貌表征研究锂... 采用将锂金属阳极浸润在氟化铜混合溶液的方法对锂阳极表面进行SEI层的人工修饰。系统观察不同浓度氟化溶液和浸润时间对阳极表面生成SEI膜的影响,选择1.0%质量分数CuF_(2)溶液浸润10 s为最佳实验条件。结合电化学测试与形貌表征研究锂金属电池循环时间、阳极界面上锂的沉积情况和SEI层的力学性能,结果表明,人工SEI层在不同电流密度下将锂电池循环时间提高了160%~446%,促进锂在界面层均匀沉积且显著抑制锂枝晶的生长。研究结果对锂金属电池通过表面修饰实现长循环、高倍率充放电研究具有一定的指导意义。 展开更多
关键词 氟化铜 锂金属阳极 人工sei
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固体电解质界面层锂合金相的高通量筛选与界面离子输运研究
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作者 窦智 段慧宇 +3 位作者 林奕希 夏颖慧 郑明波 许真铭 《物理化学学报》 SCIE CAS CSCD 北大核心 2024年第3期50-59,共10页
固体电解质界面层(SEI)对锂离子电池的电化学性能有着重要影响,理想的SEI层应同时具备良好的电子绝缘性、较高的离子电导率,以及一定的界面机械强度来承受锂沉积/剥离行为所伴随的体积变化和抑制锂枝晶形成。构筑LiF基人工SEI层已被证... 固体电解质界面层(SEI)对锂离子电池的电化学性能有着重要影响,理想的SEI层应同时具备良好的电子绝缘性、较高的离子电导率,以及一定的界面机械强度来承受锂沉积/剥离行为所伴随的体积变化和抑制锂枝晶形成。构筑LiF基人工SEI层已被证明是保护固态锂离子电池负极界面的有效策略。本工作通过材料数据库挖掘技术、高通量第一性原理计算和从头算分子动力学模拟对若干锂合金进行相图计算、扩散能垒计算,以评估其热力学稳定性和锂离子扩散能力,最终筛选出27种可用于LiF基人工SEI层锂离子导电相的锂合金材料。同时,对若干锂合金的晶体结构-扩散性质进行构效关系分析发现,锂合金晶体结构类型对锂离子扩散能力的影响比其元素组分更加显著,即I43d和Fm3m族群结构的锂合金具备非常优异的锂离子输运性能,而Pm3m和F43m族群结构的锂合金扩散通道狭窄,锂离子输运性能差。此外,本计算工作发现锂离子在LiF晶体中扩散迁移是极其困难的,而在LiF晶界和LiF/LiM合金界面迁移扩散阻力极小,藉此获得人工SEI界面层中锂离子输运的物理图像。 展开更多
关键词 固态电池 人工sei界面 锂合金 第一性原理计算 界面离子扩散
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人造SEI膜硅/炭负极材料的制备及性能研究 被引量:1
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作者 潘福森 沈龙 +2 位作者 童磊 李虹 张秀云 《炭素技术》 CAS 北大核心 2020年第2期30-34,共5页
用砂磨机匀浆并旋蒸干燥、预炭化、炭化制备了硅酸锂人造SEI膜硅/炭负极材料。通过XRD、SEM等研究了所制备材料的结构与形貌,通过电化学循环、CV、EIS等研究了样品的电化学性能。结果表明,添加3%碳酸锂时制备的人造SEI膜硅/炭负极材料... 用砂磨机匀浆并旋蒸干燥、预炭化、炭化制备了硅酸锂人造SEI膜硅/炭负极材料。通过XRD、SEM等研究了所制备材料的结构与形貌,通过电化学循环、CV、EIS等研究了样品的电化学性能。结果表明,添加3%碳酸锂时制备的人造SEI膜硅/炭负极材料具有最优的电化学性能:首次充放电效率高达88.1%,在200 mA/g电流密度条件下循环50次后,充电容量仍能保持在1 103.5 mA·h/g。 展开更多
关键词 硅/炭负极 硅酸锂 人造sei 纳米硅
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锂金属负极中人工固体电解质间相保护膜研究进展
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作者 张华知 陈超 +2 位作者 李瑞 胥会 龚勇 《化工生产与技术》 CAS 2022年第3期26-30,I0004,共6页
介绍了锂电池的发展,锂金属电池的优势及面临的挑战,即锂金属电池存在循环稳定性差和枝晶生长的问题。对此,可以在锂负极表面构建一种人工固体电解质间相(SEI)保护膜。叙述了SEI保护膜的形成、研究方向和负极材料所具备的条件,讨论了锂... 介绍了锂电池的发展,锂金属电池的优势及面临的挑战,即锂金属电池存在循环稳定性差和枝晶生长的问题。对此,可以在锂负极表面构建一种人工固体电解质间相(SEI)保护膜。叙述了SEI保护膜的形成、研究方向和负极材料所具备的条件,讨论了锂金属负极电池发展方向,认为锂金属负极电池的需要在基础研究、材料开发和电池工程等方面付出更多的努力。 展开更多
关键词 锂离子电池 人工固体电解质间相膜 锂金属负极 锂枝晶
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