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物理化学学报年第2期金属锂 [复制链接]

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专刊介绍随着可再生能源、便携式信息设备、电动汽车等的快速发展,对储能设备的需求也在日益增加。金属锂作为最轻的金属,有着极高的理论比容量和高还原电势等优势,是下一代高性能二次电池负极材料的最佳选择。然而,金属锂负极在充放电过程中所产生的枝晶大大减少了电池的容量和循环寿命,并对电池的安全性造成威胁,阻止了金属锂二次电池的商业化应用。当代物理化学、能源化学、材料化学的相关进步为金属锂负极的基础研究和实用化带来了新契机。基于当代基础理论和实验技术,金属锂负极的表界面上的物理化学和能源化学现象有了许多新认识。通过新材料体系的引入,可以有望构筑高安全、高比能、长寿命的金属锂电池。本专刊旨在展示金属锂负极研究的新进展、新动态和新成果。此专刊分成两期在年第1期和第2期印刷出版。

COVERSTORY

Thecoverimageshowsthatthetraceamountofaliquidelectrolytebetweenthesolidstateelectrolyteandthesolidelectrode,similartoastreambridgingtwomountains,improvesthesolid-solidinterfacecontactinsolid-statebatteries.InarticleNo.,Zhuetal.constructedasalt-concentratedliquidelectrolyteforestablishingaconformalsolid-liquid-solidinterfacetopromotetheinterfacialLi-iontransportandrealizedstablecyclingofsolid-statelithium-metalbatteryinpouchcellscale.

CONTENTS

通讯

COMMUNICATION

利用原位氟化保护层改善三维锡锂合金/碳纸负极贫电解液下性能

王志达,冯元宬,卢松涛,王锐,秦伟,吴晓宏

物理化学学报,37(2):.

doi:10./PKU.WHXB20

摘要:金属锂具有最高的理论比容量(mAh·g-1)和最低的还原电势(-3.04V),是新型高能量密度电池负极材料的最佳选择之一。然而由于金属锂负极表面自发生成的固态电解质界面(SEI)十分不稳定,导致锂枝晶的产生和电池容量快速衰减,严重限制了锂金属电池的商业化应用。因此,本工作利用碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(DTFEC)添加剂在三维锡锂合金/碳纸负极(SnLi/Cp)表面原位构筑了高机械强度和离子穿透性的含氟化物(LiF和SnF2)保护层,有效地改善了锂负极的倍率性能和循环稳定性。结果显示,SnLi/Cp对称电池在8mA·cm-2的电流密度下经过次循环后过电位仅为90mV。当将电解液降低到12μL(1.5μL·(mAh)-1)时,在5mA·cm-2的电流密度下对称电池仍具有优异的稳定性;SnLi/Cp‖NMC电池在1C(1.5mA·cm-2)条件下能稳定循环圈以上,库伦效率高达98.1%。这种方法能够显著改善锂金属负极的循环稳定性,有助于实现高能量密度锂金属电池的实际应用。

综述

REVIEW

金属锂负极失效机制及其先进表征技术

岳昕阳,马萃,包戬,杨思宇,陈东,吴晓京,周永宁

物理化学学报,37(2):.

doi:10./PKU.WHXB20

摘要:尽管传统的石墨负极在商业化锂离子电池中取得了成功,但其理论容量低(mAh·g-1)、本身不含锂的先天缺陷限制了其在下一代高比能量锂电池体系中的应用,特别是在需要锂源的锂-硫和锂-空气电池体系中。金属锂因其极高的理论比容量(mAh·g-1)和低氧化还原电势(相对于标准氢电极为-3.V),被认为是下一代锂电池负极材料的最佳选择之一。但是,金属锂负极存在库伦效率低、循环性能差、安全性差等一系列瓶颈问题亟待解决,而循环过程中锂枝晶的生长、巨大的体积变化、以及电极界面不稳定等是导致这些问题的关键因素。本文综述了近年来关于金属锂负极瓶颈问题及其机理,包括金属锂电极表面固态电解质界面膜的形成,锂枝晶的生长行为,以及惰性死锂的形成。同时,本文还介绍了目前用于研究金属锂负极的先进表征技术,这些技术为研究人员深入认识金属锂负极的失效机制提供了重要信息。

锂金属电池用高浓度电解液体系研究进展

吴晨,周颖,朱晓龙,詹忞之,杨汉西,钱江锋

物理化学学报,37(2),

doi:10./PKU.WHXB20

摘要:锂金属二次电池具有极高的能量密度,是下一代储能电池的研究热点。然而,金属锂负极在传统碳酸酯电解液1mol·L-1LiPF6-EC/DEC(ethylenecarbonate/diethylcarbonate)中充放电时,存在严重的枝晶生长和循环效率低下等问题,阻碍了其商业化应用。因此,开发与锂负极兼容的新型电解液体系是目前重要的研究任务。与传统稀溶液相比,高浓度电解液体系具有独有的物化性质和优异的界面相容性,并且能有效抑制锂枝晶生长、显著提升锂负极的循环可逆性,因而格外受到

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