編號(hào)：CYYJ03013
篇名：高性能鋰金屬電池負(fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及界面強(qiáng)化研究進(jìn)展
作者：姚詩言 曾立艷 劉軍
關(guān)鍵詞： 鋰金屬電池 鋰金屬負(fù)極 固態(tài)電解質(zhì)中間相 鋰枝晶 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 界面強(qiáng)化
機(jī)構(gòu)： 華南理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院
摘要： 鋰離子電池(LIBs)作為目前使用最廣泛的二次電池,絕大多數(shù)以理論比容量較低的石墨(372 m Ah/g)為負(fù)極,已無法滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的對(duì)電池儲(chǔ)能性能的要求。金屬鋰因其超高的理論比容量(3 860 m Ah/g)和最低的還原電勢(shì)(-3.04 V,相比于氫標(biāo)準(zhǔn)電極)被看作是下一代高能量密度可充電鋰電池最理想的負(fù)極材料。尤其是當(dāng)金屬鋰與硫、氧組成鋰-硫或鋰-氧電池體系時(shí),其理論能量密度遠(yuǎn)超鋰離子電池,受到研究者的廣泛關(guān)注。然而,庫倫效率低和穩(wěn)定性差一直是限制鋰金屬電池商業(yè)化應(yīng)用的關(guān)鍵因素。當(dāng)金屬鋰直接用作電池負(fù)極時(shí),其易與電解液反應(yīng),在其表面形成一層脆弱的固態(tài)電解質(zhì)中間相(SEI)膜。電池循環(huán)時(shí),負(fù)極體積膨脹會(huì)破壞SEI膜,誘導(dǎo)鋰枝晶和“死鋰”形成,造成不可逆的容量損失。此外,鋰枝晶生長(zhǎng)至一定程度后會(huì)刺穿隔膜,導(dǎo)致電池內(nèi)部短路甚至發(fā)生爆炸,引發(fā)嚴(yán)重的安全問題。為了解決上述問題,研究者們?cè)阡嚱饘儇?fù)極失效機(jī)制、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及界面強(qiáng)化等方面進(jìn)行了許多探索。一些研究枝晶生長(zhǎng)的理論模型如Chazalviel-Brissot模型、Yamaki模型和靜電屏蔽模型等已受到廣泛認(rèn)可。在此基礎(chǔ)上,研究者們嘗試通過設(shè)計(jì)三維集流體、表面改性集流體以及構(gòu)筑原位或人工SEI膜的方式來抑制鋰枝晶生長(zhǎng)和緩解體積效應(yīng),并取得了一定成果。本文系統(tǒng)地介紹了幾種典型的鋰金屬負(fù)極失效機(jī)制,著重總結(jié)了近年來研究者們?cè)阡嚱饘儇?fù)極結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和界面強(qiáng)化方面的研究進(jìn)展,最后分析了鋰金屬電池研究中仍存在的問題并給出了一些建議,以期為早日實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的商業(yè)化應(yīng)用提供參考。
