2017上半年鋰電池前沿綜述精選

 　　2017上半年鋰電池前沿綜述精選

　　考慮到電池的高能量密度、高電壓、原料和制備工藝的低成本等優(yōu)點(diǎn)，鋰離子電池及下一代鋰電池(鋰硫電池、鋰空氣電池)的相關(guān)材料制備仍然是現(xiàn)階段儲能材料的研究熱點(diǎn)。本文精選了2017上半年度包括“金屬鋰負(fù)極”，“ 用于可充電鋰電池的基于二維納米材料的分層結(jié)構(gòu)”，“ 用于鋰硫電池的納米金屬氧化物和硫化物”，“ 多孔一維納米材料的設(shè)計(jì)、制備及電化學(xué)儲能應(yīng)用”，“ 有關(guān)鋰電池化學(xué)反應(yīng)中的固態(tài)電解質(zhì)”等鋰離子電池相關(guān)的前沿綜述，內(nèi)容Rio豐富~

　　1. Nature Nanotechnology: 用于高能電池的金屬鋰負(fù)極的復(fù)興!

　　鋰離子電池對人們的日常生活產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，商業(yè)化的使用碳負(fù)極的鋰離子電池現(xiàn)已基本接近其理論容量，難以滿足便攜電子設(shè)備、電動汽車和大規(guī)模能量存儲等方面越來越高的應(yīng)用要求。在可用作鋰電池負(fù)極的材料中，金屬鋰具有最大的理論能量密度(3860 mAh g−1或2061 mAh cm−3)和最低的電化學(xué)勢(相對于標(biāo)準(zhǔn)氫電極為-3.04 V)，是下一代高能鋰電池如Li-S和Li-空氣電池的負(fù)極材料的最佳選擇。然而，金屬鋰負(fù)極在實(shí)際應(yīng)用中易生成枝晶，解決安全性和穩(wěn)定性的問題是當(dāng)前金屬鋰負(fù)極研究的重點(diǎn)。斯坦福大學(xué)材料科學(xué)與工程系的崔屹教授(通訊作者)等人在Nature Nanotechnology發(fā)表了題為“Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries”的綜述，首次系統(tǒng)總結(jié)了當(dāng)前對于金屬鋰負(fù)極的理解，強(qiáng)調(diào)了近期在材料設(shè)計(jì)和先進(jìn)表征方法上的重大進(jìn)展，并且為金屬鋰負(fù)極未來的研究方向提供了參考。

　　文獻(xiàn)鏈接：Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries(Nat. Nanotechnol., 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2017.16)

　　材料牛詳戳：崔屹Nature子刊最新綜述：用于高能電池的金屬鋰負(fù)極的復(fù)興!

　　2.Advanced Energy Materials：基于二維納米材料的分層結(jié)構(gòu)用于可充電鋰電池

　　二維(2D)納米材料(即石墨烯及其衍生物，過渡金屬氧化物和過渡金屬二硫族元素)在能量儲存應(yīng)用中受到很多關(guān)注，因?yàn)樗鼈兙哂星八从械男再|(zhì)和極大的多樣性。然而，它們在電極制造過程中的重新堆疊或聚集極大地阻礙了其在可再充電鋰電池中的進(jìn)一步開發(fā)和應(yīng)用。最近，基于2D納米材料的合理設(shè)計(jì)的分級結(jié)構(gòu)已經(jīng)成為可再充電鋰電池應(yīng)用中有前景的候選者。研究人員已經(jīng)開發(fā)出許多合成策略來獲得分級結(jié)構(gòu)，并且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基于這些層次結(jié)構(gòu)的高性能儲能裝置。東北師范大學(xué)的謝海明教授和清華大學(xué)的李景虹教授(共同通訊)等人在Advanced Energy Materials上發(fā)表了題為“Hierarchical Structures Based on Two-Dimensional Nanomaterials for Rechargeable Lithium Batteries”的綜述，文章總結(jié)了三維(3D)多孔網(wǎng)絡(luò)納米結(jié)構(gòu)，中空納米結(jié)構(gòu)和自支撐納米陣列三種層次結(jié)構(gòu)的合成和特點(diǎn)，提出了分級結(jié)構(gòu)納米材料作為鋰離子電池、鋰硫電池和鋰空氣電池的功能材料的代表性應(yīng)用，特別是結(jié)構(gòu)工程與電化學(xué)性能改善之間的關(guān)系，并提出這個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域現(xiàn)有的挑戰(zhàn)和前景。

　　文獻(xiàn)鏈接：Hierarchical Structures Based on Two-Dimensional Nanomaterials for Rechargeable Lithium Batteries(Adv. Energy Mater.，2017，DOI: 10.1002/aenm.201601906)

　　3. Advanced Materials：用于鋰硫電池的納米金屬氧化物和硫化物

　　具有高能量密度和較長循環(huán)壽命的鋰硫(Li-S)電池被認(rèn)為是常規(guī)鋰離子電池之外最有前景的下一代儲能系統(tǒng)之一。 研究人員已經(jīng)提出了各種方法來打破Li-S電池系統(tǒng)的技術(shù)障礙。武漢理工大學(xué)麥立強(qiáng)教授和清華大學(xué)張強(qiáng)副教授(共同通訊作者)課題組在國際頂尖期刊Advanced Materials上聯(lián)合發(fā)表了題為”Nanostructured Metal Oxides and Sulfides for Lithium–Sulfur Batteries”的綜述文章。該綜述詳細(xì)報(bào)道了最近納米結(jié)構(gòu)金屬氧化物和硫化物用于增強(qiáng)硫利用率和電池壽命的文獻(xiàn)，探討了金屬氧化物/硫化物主體材料的內(nèi)部特性和電化學(xué)性能，以及以上材料在固態(tài)硫正極、隔膜或隔層、鋰金屬負(fù)極保護(hù)、鋰聚硫化物電池中的使用，最后作出了對鋰硫電池未來發(fā)展的展望。

　　文獻(xiàn)鏈接：Nanostructured Metal Oxides and Sulfides for Lithium–Sulfur Batteries(Adv.Mater.2017,DOI: 10.1002/adma.201601759)

　　材料牛詳戳：麥立強(qiáng)&張強(qiáng)AM綜述：用于鋰硫電池的納米金屬氧化物和硫化物

　　4.Advanced Materials：多孔一維納米材料的設(shè)計(jì)、制備及電化學(xué)儲能應(yīng)用

　　電化學(xué)儲能(energy storage)技術(shù)對便攜式電子器件、交通輸運(yùn)以及大型儲能系統(tǒng)都是至關(guān)重要的。而多孔一維納米材料(porous one-dimensional nanomaterials)結(jié)合了一維納米結(jié)構(gòu)和多孔構(gòu)造的優(yōu)勢，極大地促進(jìn)了電化學(xué)儲能領(lǐng)域的發(fā)展。不久前，武漢理工大學(xué)的麥立強(qiáng)教授和加州大學(xué)洛杉磯分校的Bruce Dunn教授(共同通訊)等人在頂尖期刊Advanced Materials上聯(lián)合發(fā)表了題為”Porous One-Dimensional Nanomaterials: Design, Fabrication and Applications in Electrochemical Energy Storage”的綜述文章。該篇綜述非常詳實(shí)地描述了多孔一維納米結(jié)構(gòu)、制備以及電化學(xué)儲能應(yīng)用，并且討論了未來的發(fā)展方向。

　　文獻(xiàn)鏈接：Porous One-Dimensional Nanomaterials: Design, Fabrication and Applications in Electrochemical Energy Storage (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201602300)

　　材料牛詳戳：麥立強(qiáng)AM最新綜述：多孔一維納米材料的設(shè)計(jì)、制備及電化學(xué)儲能應(yīng)用

　　5. Advanced Materials：復(fù)雜中空結(jié)構(gòu)的可控合成及其在能源存儲與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

　　復(fù)雜的中空結(jié)構(gòu)(intricate hollow structures)由于其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特征，迷人的理化性質(zhì)和廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域極大地吸引了科研工作者的興趣。最近，武漢理工大學(xué)的麥立強(qiáng)教授和周亮教授(共同通訊)等人在著名材料類期刊Advanced Materials上發(fā)表了題為“Intricate Hollow Structures: Controlled Synthesis and Applications in Energy Storage and Conversion”的綜述文章。這篇綜述主要從復(fù)雜的中空結(jié)構(gòu)可控合成方法及其在能源存儲與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用這兩方面回顧了復(fù)雜中空納米結(jié)構(gòu)的研究進(jìn)展，主要對其合成方法論做了一個(gè)詳細(xì)的分類和講解。

　　文獻(xiàn)鏈接：Intricate Hollow Structures: Controlled Synthesis and Applications in Energy Storage and Conversion (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201602914)

　　材料牛詳戳：麥立強(qiáng)AM最新綜述：復(fù)雜中空結(jié)構(gòu)的可控合成及其在能源存儲與轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用

　　6.Nano Energy：全固態(tài)可充電鋰電池最新進(jìn)展

　　化學(xué)電池在能量的存儲和轉(zhuǎn)換等方面發(fā)揮著重要作用。目前鋰離子電池由于其相對較高的能量密度而被認(rèn)為是最有前景的一類電池。傳統(tǒng)的鋰離子電池通常使用離子電導(dǎo)率相對較高的有機(jī)液體電解質(zhì)，但是存在著安全性差、壽命較短、能量密度低等一系列缺點(diǎn)。相比于使用液體電解質(zhì)的鋰離子電池，使用不可燃的固體電解質(zhì)的全固態(tài)鋰電池則可以避免這些問題，因而正受到世界范圍研究者們廣泛的關(guān)注。而電極/電解質(zhì)界面問題是全固態(tài)鋰電池所面臨的挑戰(zhàn)，嚴(yán)重阻礙了其發(fā)展和應(yīng)用。中科院北京納米能源與系統(tǒng)研究所孫春文研究員(通訊作者)、中南大學(xué)劉晉教授和上海大學(xué)張久俊教授(共同通訊)等在能源領(lǐng)域著名期刊Nano Energy上發(fā)表了題為“Recent advances in all-solid-state rechargeable lithium batteries”的綜述，系統(tǒng)總結(jié)了全固態(tài)鋰電池的最新研究進(jìn)展和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，重點(diǎn)討論了固體電解質(zhì)和電極/電解質(zhì)界面存在的問題以及現(xiàn)有的解決方法，為全固態(tài)鋰電池未來的研究方向和新型固體電解質(zhì)材料以及電池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面的研究提供了參考。