随着信息化、电动化和新能源技术的快速发展,便携电子、电动汽车和储能设施需要更高能量密度的电化学储能电池,但广泛使用的锂离子电池的能量密度正逐步接近极限,难以满足上述需求。因此亟需发展更高能量密度的电化学体系。锂金属负极...随着信息化、电动化和新能源技术的快速发展,便携电子、电动汽车和储能设施需要更高能量密度的电化学储能电池,但广泛使用的锂离子电池的能量密度正逐步接近极限,难以满足上述需求。因此亟需发展更高能量密度的电化学体系。锂金属负极具有极高的理论容量(3860 mAh·g^(-1))和最低的氧化还原电势(-3.04 V vs SHE),被认为是实现下一代高能量密度电池的理想材料。然而在几十年的发展过程中,锂金属电池较低的循环寿命和安全性问题严重制约了其实用化。本文从锂金属电池的发展历程出发,分析锂金属负极反应活性高、锂枝晶、死锂和体积膨胀等问题及作用机理,并就上述问题分别从界面设计和体相设计方面综述应对策略,包括非原位/原位生成的界面层保护、合金化锂负极以及三维复合锂负极,最后针对实效电池的约束条件、电极串扰及大容量电池的失效机制等实用化锂负极未来发展进行探讨和展望。展开更多
锂金属负极因高理论比容量(3860 mAh/g)与低氧化还原电位(-3.04 V vs.SHE)等优势,吸引了高比能电池领域的广泛关注。然而,锂金属负极的实际应用仍面临着诸多难点与挑战,其中锂枝晶生长问题尤为突出。在众多解决策略中,电解液调控策略因...锂金属负极因高理论比容量(3860 mAh/g)与低氧化还原电位(-3.04 V vs.SHE)等优势,吸引了高比能电池领域的广泛关注。然而,锂金属负极的实际应用仍面临着诸多难点与挑战,其中锂枝晶生长问题尤为突出。在众多解决策略中,电解液调控策略因工艺简便、系统兼容性强、成本低廉、效果显著等特性,被认为是抑制锂枝晶生长最具应用前景的策略之一。本文首先总结了几种锂枝晶生长模型,包括固体电解质界面扩散控制模型、表面形核生长扩散模型、电荷诱导模型和空间电荷模型等,着重讨论了电解液调控策略抑制枝晶生长的模型基础,结果说明了电极界面层(SEI)的物化性能决定了金属锂的沉积行为,而SEI层的组分、力学性能、脱溶剂化过程等受电解液组分影响。随后系统地归纳了电解液优化策略的研究进展,主要介绍了成膜添加剂、溶剂化调控SEI型添加剂、电荷诱导型添加剂、合金型添加剂、高浓盐电解液和局部高浓盐电解液等,对比了各种策略的优缺点。最后,对电解液优化策略进行了总结并对未来发展方向进行了展望。展开更多
文摘随着信息化、电动化和新能源技术的快速发展,便携电子、电动汽车和储能设施需要更高能量密度的电化学储能电池,但广泛使用的锂离子电池的能量密度正逐步接近极限,难以满足上述需求。因此亟需发展更高能量密度的电化学体系。锂金属负极具有极高的理论容量(3860 mAh·g^(-1))和最低的氧化还原电势(-3.04 V vs SHE),被认为是实现下一代高能量密度电池的理想材料。然而在几十年的发展过程中,锂金属电池较低的循环寿命和安全性问题严重制约了其实用化。本文从锂金属电池的发展历程出发,分析锂金属负极反应活性高、锂枝晶、死锂和体积膨胀等问题及作用机理,并就上述问题分别从界面设计和体相设计方面综述应对策略,包括非原位/原位生成的界面层保护、合金化锂负极以及三维复合锂负极,最后针对实效电池的约束条件、电极串扰及大容量电池的失效机制等实用化锂负极未来发展进行探讨和展望。
文摘锂金属负极因高理论比容量(3860 mAh/g)与低氧化还原电位(-3.04 V vs.SHE)等优势,吸引了高比能电池领域的广泛关注。然而,锂金属负极的实际应用仍面临着诸多难点与挑战,其中锂枝晶生长问题尤为突出。在众多解决策略中,电解液调控策略因工艺简便、系统兼容性强、成本低廉、效果显著等特性,被认为是抑制锂枝晶生长最具应用前景的策略之一。本文首先总结了几种锂枝晶生长模型,包括固体电解质界面扩散控制模型、表面形核生长扩散模型、电荷诱导模型和空间电荷模型等,着重讨论了电解液调控策略抑制枝晶生长的模型基础,结果说明了电极界面层(SEI)的物化性能决定了金属锂的沉积行为,而SEI层的组分、力学性能、脱溶剂化过程等受电解液组分影响。随后系统地归纳了电解液优化策略的研究进展,主要介绍了成膜添加剂、溶剂化调控SEI型添加剂、电荷诱导型添加剂、合金型添加剂、高浓盐电解液和局部高浓盐电解液等,对比了各种策略的优缺点。最后,对电解液优化策略进行了总结并对未来发展方向进行了展望。
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