浙江工业大学材料科学与工程学院，杭州 310014
金属锂被认为是高能量密度电池材料的“圣杯”，具有超高的理论容量和最低的氧化还原电位。但由于锂枝晶不可控生长、固体电解质界面膜(SEI膜)不稳定以及“死锂”累积等系列问题，限制了其商业化应用。氟化材料能有效稳定金属锂/电解液界面，均匀锂离子通量和抑制锂枝晶生长，是金属锂二次电池领域的研究重点。本文综述了近年来氟化无机材料在金属锂沉积骨架、人工SEI保护层、电解液添加剂以及固态电解质等方面的研究进展，阐述了氟化无机材料稳定金属锂负极循环的内在机理，并展望了其未来的发展前景。
金属锂负极 锂枝晶 固体电解质界面膜 氟化 锂离子电池 lithium metal anode lithium dendrites solid-electrolyte interface fluorination lithium-ion battery
张莹 1,2,3杨彩虹 1,2,3唐爱东 1,2,3,4杨华明 1,2,3,5
1 中国地质大学(武汉)纳米矿物材料及应用教育部工程研究中心
2 中国地质大学(武汉)材料与化学学院
3 中国非金属矿行业矿物功能材料重点实验室, 中国地质大学(武汉), 武汉 430074
4 中南大学化学化工学院, 长沙 410083
5 中南大学资源加工与生物工程学院, 长沙 410083
锂金属电池因能量密度高被认为是极具发展潜力的储能电池之一。然而锂金属负极上锂枝晶的生长会导致容量衰减甚至安全问题。为此, 将凹凸棒石负载至纤维膜上应用于锂金属电池的负极保护, 组装成对称电池及磷酸铁锂全电池进行电化学测试。结果表明: 添加凹凸棒石的纤维膜可有效抑制锂枝晶的生长, 其对称电池在沉积容量为1 mA·h/cm2、电流密度为2 mA/cm2下循环500 h时极化电压仅为83.2 mV, 1 C倍率下加入凹凸棒石纤维膜的全电池循环1 000圈后放电比容量仍有84.92 mA·h/g。综上, 凹凸棒石对锂枝晶有抑制作用, 为锂金属电池负极保护提供了新思路。
凹凸棒石 多孔结构 锂金属负极 锂枝晶 attapulgite porous structure lithium metal anode lithium dendrites
锂金属具有高理论比容量和低电化学电位, 是发展高能量密度电池最有吸引力的负极材料之一。然而, 锂金属负极在反复的沉积/剥离过程中, 不可避免地会出现不规则的锂枝晶生长, 这将严重影响锂金属电池的循环寿命和使用安全性。本研究发展了一种简单温和的策略, 在碳纳米管上原位修饰铋纳米颗粒, 并涂覆在商业铜箔表面用作锂金属负极的集流体。研究表明, 原位修饰的铋纳米颗粒可显著促进锂均匀沉积, 抑制锂枝晶生长, 从而提高锂金属电池的电化学性能。在电流密度为1 mA·cm-2的条件下, 基于Bi@CNT/Cu集流体的锂铜电池循环300圈后库仑效率可稳定在98%。基于Li@Bi@CNT/Cu负极的对称电池可稳定循环1000 h。基于Bi@CNT/Cu集流体的磷酸铁锂(LFP)全电池也获得了优异的电化学性能, 在1C(170 mA·g-1)倍率下可稳定循环700圈。本研究为抑制锂金属负极枝晶生长提供了新的思路。
锂金属电池 锂枝晶 铋纳米颗粒 集流体 Li metal battery Li dendrite bismuth nanoparticle current collector
1 中国科学院兰州化学物理研究所, 甘肃省黏土矿物应用研究重点实验室, 环境材料与生态化学发展中心, 兰州 730000
2 中国科学院大学, 材料科学与光电技术学院, 北京 100049
3 甘肃省水务投资有限责任公司, 兰州 730000
锂离子电池已被广泛应用于便携式电子设备、电动汽车和电网等领域, 深刻地影响着人们的日常生活。但是受限于其低的能量密度、安全性等问题, 需开发稳定、高效的电化学存储材料。黏土矿物因其独特的纳米结构、丰富的活性位点、高的比表面积、丰富的储量和低成本等优点, 在锂二次电池领域有着广阔的应用前景。本文首先介绍了黏土矿物纳米材料的分类、结构和化学组成等。然后, 综述了黏土矿物纳米材料在锂二次电池隔膜和固态电解质隔膜方面的应用研究进展。最后, 总结了黏土矿物在电化学储能领域的优势和不足, 并展望了其未来发展趋势。
黏土矿物 隔膜 固态电解质 锂离子电池 锂金属电池 多硫化物 锂枝晶 clay mineral separator solid electrolyte lithium ion battery lithium metal battery polysulfide lithium dendrite
