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高压锂电池正极电解质界面研究进展
1
作者 刘建东 张志佳 +3 位作者 Mikhail Kamenskii Filipp Volkov Svetlana Eliseeva 马建民 《物理化学学报》 北大核心 2025年第2期1-13,共13页
提高电池的截止电压上限可以显著提升锂电池的能量密度。然而,高截止电压也会导致正极材料在高压下发生不可逆相变和副反应,从而损害电池性能。为了解决这一问题,建立一个稳定的正极电解质界面(CEI)在提高电池性能方面起到了关键作用。... 提高电池的截止电压上限可以显著提升锂电池的能量密度。然而,高截止电压也会导致正极材料在高压下发生不可逆相变和副反应,从而损害电池性能。为了解决这一问题,建立一个稳定的正极电解质界面(CEI)在提高电池性能方面起到了关键作用。本文探讨了CEI的形成机制,并概述了构建CEI的方法,包括人工构建CEI和原位生成CEI。此外,从电解质的角度出发,我们还展望了构建高压正极CEI的设计思路。 展开更多
关键词 高压正极 正极电解质界面 电解质工程 电解质添加剂 锂电池
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固态锂电池中正极/电解质界面的密度泛函计算研究（英文）
2
作者 王雪龙 肖睿娟 +2 位作者 向勇 李泓 陈立泉 《电化学》 CSCD 北大核心 2017年第4期381-390,共10页
锂离子电池的广泛应用对储能器件的能量密度、安全性和充放电速度提出了新的要求.全固态锂电池与传统锂离子电池相比具有更少的副反应和更高的安全性,已成为下一代储能器件的首选.构建匹配的电极/电解质界面是在全固态锂电池中获得优异... 锂离子电池的广泛应用对储能器件的能量密度、安全性和充放电速度提出了新的要求.全固态锂电池与传统锂离子电池相比具有更少的副反应和更高的安全性,已成为下一代储能器件的首选.构建匹配的电极/电解质界面是在全固态锂电池中获得优异综合性能的关键.本文采用第一性原理计算研究了固态电池中电解质表面及正极/电解质界面的局域结构和锂离子输运性质.选取β-Li_3PS_4(010)/LiCoO_2(104)和Li_4GeS_4(010)/LiCoO_2(104)体系计算了界面处的成键情况及锂离子的迁移势垒.部分脱锂态的正极/电解质界面上由于Co-S成键的加强削弱了P/Ge-S键的强度,降低了对Li+的束缚,从而导致了更低的锂离子迁移势垒.理解界面局域结构及其对Li+输运性质的影响将有助于人们在固态电池中构建性能优异的电极/电解质界面. 展开更多
关键词 固态锂电池 正极/电解质界面 密度泛函模拟 锂离子迁移
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通过简单的浆料添加剂调整电极-电解液界面以实现稳定的高电压锂离子电池
3
作者 黄奥羽 许君 +6 位作者 黄玉 储圭 王卯 王黎丽 孙永奇 蒋臻 朱晓波 《物理化学学报》 北大核心 2025年第4期60-69,共10页
5 V级LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)(LNMO)作为无钴正极材料,满足了对廉价高性能锂离子电池(LIBs)日益增长的需求。然而,由于高工作电位,LNMO在与商用电解液的界面上存在不稳定性问题。本文提出使用硅酸四乙酯作为LNMO正极浆料添加剂。这种... 5 V级LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4)(LNMO)作为无钴正极材料,满足了对廉价高性能锂离子电池(LIBs)日益增长的需求。然而,由于高工作电位,LNMO在与商用电解液的界面上存在不稳定性问题。本文提出使用硅酸四乙酯作为LNMO正极浆料添加剂。这种简单的方法能够在电极制备过程中在正极表面原位形成乙氧基官能化的聚硅氧烷薄膜。它不仅有助于形成稳固的人工正极-电解液界面,还能清除氢氟酸(HF)以抑制有害的化学串扰影响。因此,与原始正极相比,优化后的LNMO正极在半电池中表现出显著提高的循环稳定性(1000次循环后容量保持率为84.6%vs.51.4%),在与商用石墨负极配对的全电池中也是如此(500次循环后保持率为83.3%vs.53.4%),并在50℃的高温测试环境下和软包电池中进一步得到验证,这一简单策略有望为开发下一代高性能锂离子电池铺平道路。 展开更多
关键词 LiNi_(0.5)Mn_(1.5)O_(4) 高电压 正极-电解质界面 浆料添加剂 过渡金属溶解 锂离子电池
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固态电池中的正极/电解质界面性质研究进展 被引量：2
4
作者 张安邦 汪晨阳 +2 位作者 赵尚骞 常增花 王建涛 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期46-62,共17页
锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题,而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲,不燃的固体电解质可以从根本上防... 锂离子电池是便携式电子产品、电动汽车和智能电网的理想电源。目前使用有机液体电解质的锂离子电池仍然存在安全问题和寿命不足的问题,而使用不燃的固态电解质的固态电池有望解决这些问题。从原理上讲,不燃的固体电解质可以从根本上防止电池的燃烧和爆炸,并且只允许锂离子在固体电解质中传输,可以减少副反应的发生。近年来,随着几种高离子电导率的固态电解质的出现,锂离子在固态电解质中的传输不再是瓶颈。然而,固态电池中各种固态成分具有不同的化学/物理/力学性能,因此在固态电池中存在多种类型的界面,包括松散的物理接触、晶界、化学和电化学反应界面等,这些都可能增加界面离子传输阻力。而正极材料与电解质之间的界面反应尤其复杂,深入理解这些复杂的正极侧界面及其反应特点是实现实用高比能固态电池的必要条件。因此,本文主要回顾了近年来在探索和理解正极/电解质界面上的工作,总结了固态电池中典型的正极侧界面类型及其各自独特的反应特征。 展开更多
关键词 固态电池 正极/电解质界面 化学稳定性 电化学稳定性 界面改性
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硅烷基改性醚类电解质赋能高比能LiCoO_(2) ‖锂金属电池
5
作者 李祖磊 孙颖 +1 位作者 纪官松 贺连芳 《山东科技大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2024年第4期84-91,共8页
为改善醚类电解质和高压正极之间的界面兼容性,将锂电池的能量密度提升至350 W·h·kg^(-1)以上,本研究设计合成一种新型含硅烷基团的醚类电解质(Si-PEO),组装扣式电池,进行电化学性能和微观组织形貌分析。研究结果表明,该电解... 为改善醚类电解质和高压正极之间的界面兼容性,将锂电池的能量密度提升至350 W·h·kg^(-1)以上,本研究设计合成一种新型含硅烷基团的醚类电解质(Si-PEO),组装扣式电池,进行电化学性能和微观组织形貌分析。研究结果表明,该电解质中的醚链段用来解离锂盐和传导Li^(+),硅烷链段可以改善电解质的氧化稳定性,使其在室温下具有1.25×10^(-5) S·cm^(-1)的离子电导率和较高的电化学窗口(4.46 V)。LiCoO_(2)|Si-PEO|Li电池在室温下以0.5 C的倍率循环100圈后仍能保持160.12 mA·h·g^(-1)的放电比容量,容量保持率高达96.45%。循环后LiCoO_(2)正极颗粒完整,无副反应产物堆积,表面生成一层均匀且富含无机成分的正极/电解质界面。此界面层可以使Si-PEO电解质和正极有着优异的热兼容性,改善了LiCoO_(2)‖Li电池的安全性能。 展开更多
关键词 锂金属电池 醚类电解质 硅烷基 正极电解质界面 放电比容量
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冷冻电镜观察固态锂电池界面 被引量：1
6
作者 李伟萍 翁素婷 +3 位作者 方遒 苏东 王兆翔 王雪锋 《电子显微学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期86-95,共10页
固态锂电池(SSLBs)有望兼顾高能量密度和高安全性,是未来电池领域的重要发展方向。固态电解质(SSE)与电极材料之间存在界面阻抗大、相容性差等问题,严重地制约着它的发展。然而,由于辐照敏感特性,难以直接采用常规透射电子显微镜(TEM)... 固态锂电池(SSLBs)有望兼顾高能量密度和高安全性,是未来电池领域的重要发展方向。固态电解质(SSE)与电极材料之间存在界面阻抗大、相容性差等问题,严重地制约着它的发展。然而,由于辐照敏感特性,难以直接采用常规透射电子显微镜(TEM)观察界面结构。冷冻电镜(Cryo⁃EM)可以有效地缓解辐照损伤,提供更准确、真实的结构信息,有助于深入理解界面微观结构与SSLBs电化学性能之间的构效关系。本文综述了Cryo⁃EM用于观测SSLBs界面的晶体结构和化学组成,揭示了界面形成和演化机制以及SSLBs的失效机制。最后展望了Cryo⁃EM在表征SSLBs界面所面临的挑战和未来的研究方向。Cryo⁃EM在SSLBs界面研究中发挥越来越重要的作用,逐渐成为推动高性能SSLBs发展的必备技术。 展开更多
关键词 固态锂电池(SSLBs) 冷冻电镜(Cryo-EM) 固态电解质界面相(SEI) 固态电解质(SSE) 正极电解质界面层(CEI)
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三元NCM锂离子电池高电压电解质的研究进展 被引量：5
7
作者 毛舒岚 武倩 +1 位作者 王卓雅 陆盈盈 《储能科学与技术》 CAS CSCD 2020年第2期538-550,共13页
层状三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(以下简称NCM)具有较高的比容量和工作电压平台及良好的倍率性能,在电动汽车领域占据重要地位。为满足电动汽车续航里程的需求,提高工作电压被视为提升三元锂离子电池能量密度的一种有效手段。然而现存电... 层状三元材料LiNixCoyMn1-x-yO2(以下简称NCM)具有较高的比容量和工作电压平台及良好的倍率性能,在电动汽车领域占据重要地位。为满足电动汽车续航里程的需求,提高工作电压被视为提升三元锂离子电池能量密度的一种有效手段。然而现存电解液电化学窗口窄,无法实现高电压下的稳定循环。本综述对高工作电压下的NCM电池电解质进行探讨,从电解液在高工作电压下分解相关的前线轨道理论及电极与电解液界面反应出发,指出了提高三元正极材料锂离子电池高压工作性能的关键,总结了近年来高工作电压下三元正极材料锂离子电池非水系电解质在溶剂、锂盐、添加剂等方面的设计进展以及固态电解质和离子液体在高工作电压下NCM电池中的应用。最后对电解液在高工作电压下的实际应用提出改进方案,对未来固态电解质的发展趋势提出展望。 展开更多
关键词 锂离子电池 镍-钴-锰三元正极材料 高电压电解质 正极-电解质界面
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高电压LiCoO_(2)的表面结构与性能:回顾与展望
8
作者 方建军 杜宇豪 +5 位作者 李子健 樊文光 任恒宇 易浩聪 赵庆贺 潘锋 《电化学（中英文）》 CAS 北大核心 2024年第6期1-23,共23页
近年来,高电压LiCoO_(2)(LCO)正极的研发成为学术界和工业界广泛关注的焦点。研究表明,解决表面问题是提升高电压LCO性能的最有效途径。本综述系统回顾了高电压LCO所面临的问题,包括相变和裂纹的生成、与氧氧化还原相关的问题以及副反应... 近年来,高电压LiCoO_(2)(LCO)正极的研发成为学术界和工业界广泛关注的焦点。研究表明,解决表面问题是提升高电压LCO性能的最有效途径。本综述系统回顾了高电压LCO所面临的问题,包括相变和裂纹的生成、与氧氧化还原相关的问题以及副反应,以及表面结构的退化。接着,我们深入阐述了表面调制,以及表面调制与电解质调制之间的相互作用。最后,我们展望了更先进的LCO正极的发展前景,包括低成本高质量的制造,设计适用于极端条件(如高温、高速充电、低温等)的LCO正极,并实现约220 mAh·g^(-1)的稳定容量释放。我们期望这项工作能为未来推动高电压LCO的发展和应用提供参考。 展开更多
关键词 LiCoO_(2) 界面结构 相转变 表面修饰 正极电解质界面
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冷冻电镜表征锂电池中的辐照敏感材料 被引量：2
9
作者 翁素婷 刘泽鹏 +7 位作者 杨高靖 张思蒙 张啸 方遒 李叶晶 王兆翔 王雪锋 陈立泉 《储能科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期760-780,共21页
冷冻电镜(cryo-EM)是表征辐照敏感材料的有力工具,已经在生命科学领域得到了广泛的应用和认可,并在2017年获得了诺贝尔化学奖。同年,冷冻电镜首次被应用于观察金属锂的纳米结构,取得了一些前所未有的结果,从此也在电池领域备受关注和蓬... 冷冻电镜(cryo-EM)是表征辐照敏感材料的有力工具,已经在生命科学领域得到了广泛的应用和认可,并在2017年获得了诺贝尔化学奖。同年,冷冻电镜首次被应用于观察金属锂的纳米结构,取得了一些前所未有的结果,从此也在电池领域备受关注和蓬勃发展。冷冻或低温不仅可以有效地缓解高能电子束对样品造成的辐照损伤,而且可以大幅降低样品的反应活性,提高样品的稳定性。冷冻电镜可以为辐照敏感材料提供纳米甚至是原子尺度的微观结构信息。本文重点介绍了冷冻电镜在表征锂电池中辐照敏感材料的相关应用和成果,包括冷冻聚焦离子束-扫描电子显微镜(cryo-FIB-SEM)和冷冻透射电子显微镜(cryo-TEM),以便读者了解冷冻电镜在解析电池工作机理和指导材料结构设计等方面发挥的优势和作用。随后,展示了冷冻电镜在金属锂的沉积/溶解行为、固体电解质界面(SEI)膜的纳米结构、亲锂材料的储锂机理、全固态电池中固-固界面以及正极材料表面的固体电解质界面(CEI)膜等方面的应用与研究成果。最后,展望了冷冻电镜在未来的技术发展及其在电池领域的潜在应用与机遇。冷冻电镜技术的发展将有助于解析电池材料与界面结构,了解电池运行和失效机制,从而促进高比能和高安全性电池的发展。 展开更多
关键词 冷冻电镜(cryo-EM) 冷冻聚焦离子束-扫描电子显微镜(cryo-FIB-SEM) 冷冻透射电子显微镜(cryo-TEM) 金属锂电池 固体电解质界面(SEI)膜 正极电解质界面(CEI)膜
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