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经典综述大放送:迈进锂电池大门,请从这十篇综述开始!

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-08-28  来源:材料人  浏览次数:26
核心提示:近年来,锂电池作为一种潜力巨大的储能器件引起人们广泛关注。针对锂电池的研究方兴未艾。由传统的锂离子电池到锂硫电池,锂空气
 近年来,锂电池作为一种潜力巨大的储能器件引起人们广泛关注。针对锂电池的研究方兴未艾。由传统的锂离子电池到锂硫电池,锂空气电池,固态电池,锂电池经历了长足发展。锂电池研究方向令人眼花缭乱,本文在锂离子电池正极,锂离子电池负极,锂空气电池,锂硫电池,固态电池,锂金属负极,锂离子液流电池等锂电池发展的主流方向各选取一到两篇经典综述文献,呈现给大家。希望大家能有所收获!

一、 锂离子电池

1.Challenges for Rechargeable Li Batteries[1]

电解液能级图

Goodenough老先生是公认的锂电领域泰山北斗。这篇文献阐述了老先生看待锂离子电池的角度,展现了老先生对锂离子电池理解。以能级为切入点,从最底层开始构筑锂离子电池的基本理念,由基本理念展望锂离子电池发展面临的挑战及解决途径,Goodenough老先生以这种高屋建瓴的方式解读正极,负极,电解质等锂离子电池基本要素。这篇文献将会从根本上解决很多研究者对锂离子电池知其然而不知其所以然的问题。小编强烈建议读者精读此文献。

2.Lithium Batteries and Cathode Materials[2]

 

三元正极材料的层状结构

正极材料是制约锂离子电池性能的关键因素。现有的主流正极材料几乎都是由Goodenough等人开发,种类有限,发展缓慢。这篇文献着眼于锂离子电池的发展历史,总结了各个时期锂离子电池正极材料的开发,从较早的LiV3O8到三元材料,富锂锰基正极材料,各种正极材料在该文献中都有涉及。这篇文献可称作锂离子电池正极材料的历史书。读这篇文献有助于读者把握锂电正极的发展脉络,开发更好的正极材料。

3.Recent developments in nanostructured anode materials for rechargeable lithium-ion batteries[3]

锂离子电池示意图

相较有限的几种正极材料,锂离子电池负极材料的开发可谓火热。从石墨负极到硅负极,金属氧化物负极等,负极材料家族得到极大扩展。近年来随着纳米技术在电池领域的引入,负极材料的文章更是有了爆发式增长。这篇文献展示了纳米技术在各种负极材料上的应用,囊括了碳材料,合金,金属氧化物,金属硫化物等负极的主要方向,全面详尽。文献中对各种负极材料机理的阐述更是让人眼前一亮。

二、锂空气电池

Aprotic and Aqueous Li-O2 Batteries[4]

锂空气电池原理

锂空气电池具有极高的理论能量密度(放电生成Li2O2 时理论能量密度为3623 Wh/kg),在电动汽车领域具有良好的应用潜力。然而,现在开发的锂空气电池的受限于电解液,催化剂,隔膜等因素,其性能尚未达到实用化要求。本文聚焦于限制锂空气电池性能的各项因素,详尽描述了有机系,水系锂空气电池面临的种种挑战。这篇文献的亮点在于几乎囊括了锂空电池领域所有的重要问题。萧伯纳说过:如果科学家不提出十个问题,也就永远不能解决一个问题。如果你想找锂空气电池领域的十个问题,这篇文献不会让你失望。

三 、锂硫电池

1.Challenges and Prospects of Lithium Sulfur Batteries[5]

锂硫电池原理

硫在地球上储量丰富,由其组装的锂硫电池更是具有很高的理论能量密度(∼2600 W h /kg),这为锂硫电池的未来带来了极大的想象空间。然而,现有的锂硫电池在循环寿命,库伦效率等方面存在着种种缺陷。哪些因素导致了这些缺陷的产生呢?这篇文献对锂硫电池进行了庖丁解牛般的分析,从电池材料的设计,结构,性能出发,描述了提升锂硫电池性能的种种途径。相比其他综述,这篇文献更有助于读者对锂硫电池有一个全面的概念,找到研究锂硫电池的切入点。

2.Li–O2 and Li–S batteries with high energy storage[6]

锂硫电池、锂空电池示意图

锂硫电池,锂空气电池在锂电领域的地位就像武林中的倚天剑,屠龙刀一样,皆是神兵利器,难分上下。在未来电动汽车的应用上谁更胜一筹,大家更是众说纷纭。这篇文献的精彩之处在于拿倚天剑对砍屠龙刀,从实用化潜力,电池结构,基本原理,问题挑战等方面对两个电池进行全面比较。作者理论功底深厚,对两种电池异同的分析非常详尽。这篇文献有助于读者在宏观层面把握未来电池的发展方向,加深对两种电池的理解。

四、固态电池

1.Garnet-type solid-state fast Li ion conductors for Li batteries: critical review[7]

石榴石型固态电解质Li5La3M2O12结构

无机固态电解质为锂电池展现了绝对安全的愿景。石榴石型固态电解质因具有锂离子电导率高,电化学窗口宽,化学性质稳定的特点而成为无机固态电解质中的明星成员。对石榴石型无机固态电解质的研究更屡现于NM, JACS, Angew等顶级期刊。这篇文献对石榴石型固态电解质做了全面“体检”,详细阐述了石榴石型固态电解质的结构,化学组成,锂离子传导机理,比较了各种元素配比对其电导率的影响。对希望在无机固态电解质研究上发顶刊的同学,本文不容错过。

2.Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries[8]

PAN基无机固态电解质性能比较

固态电解质是固态锂电池最关键的组成要素。无机固态电解质,有机固态电解质是固态研究的两大方向,对二者优劣的了解有助于研究者设计更具实用价值的固态电解质。这篇文献总结并比较了各种无机固态电解质,有机固态电解质的性能,优劣,几乎囊括了常见的所有固态电解质,解读的范围极广,是读者了解固态电解质领域的不二之选。

五、锂金属负极

Lithium metal anodes for rechargeable batteries[9]

锂枝晶示意图

锂金属具有3860mAh/g的高比容量以及最低的氧化还原电位,是锂电池的“圣杯”负极材料,可应用于锂离子电池,锂空气电池,锂硫电池等各个体系,有望大幅提升锂电池的能量密度。锂枝晶是阻碍锂金属负极应用的关键因素。这篇文献阐述了电流,表面形貌等影响锂枝晶生成的因素,并列举了表面包覆,固态电解质,功能添加剂等阻止锂枝晶生成的现有手段,系统全面,有助于读者全面了解锂金属负极。

六、锂离子液流电池

A chemistry and material perspective on lithium redox flow batteries towards high-density electrical energy storage[10]

锂离子液流电池示意图

锂离子液流电池作为一种新兴的储能器件,兼具传统液流电池模块化设计和锂离子电池高能量密度的优势,在大规模储能领域具有强大的竞争力。这篇综述总结了锂离子液流电池的设计理念,并从化学和材料的角度阐述了锂离子液流电池面临的挑战,例如电解液和电极材料之间的匹配问题,化学反应过程的设计问题,展望了锂离子液流电池实现高能量密度储能的前景。

参考文献

[1] John B Goodenough, Youngsik Kim. Challenges for Rechargeable Li Batteries. Chemistry of Materials, 2010, 22, 587–603

[2] M Stanley Whittingham. Lithium Batteries and Cathode Materials. Chemical Reviews. 2004, 104, 4271-4301

[3] Liwen Ji, Zhan Lin, Mataz Alcoutlabi,Xiangwu Zhang. Recent developments in nanostructured anode materials for rechargeable lithium-ion batteries. Energy & Environmental Science,2011, 4, 2682

[4] Jun Lu, Li Li, Khalil Amine, et al. Aprotic and Aqueous Li-O2 Batteries. Chemical Reviews, 2014, 114, 5611-5640

[5] Arumugam Manthiram, Yongzhu Fu, Yu-Sheng Su. Challenges and Prospects of Lithium Sulfur
Batteries. Accounts of Chemical Research, 2013, 1125-1134

[6] Peter G Bruce, Stefan A Freunberger, Laurence J. Hardwick, et al. Li–O2 and Li–S batteries with high energy storage. Nature Materials, 2012,11(1):19-29

[7] Venkataraman Thangadurai, Sumaletha Narayanan, Dana Pinzaru. Chemical Society Reviews, 2014, 43, 4714

[8] Jeffrey W Fergus. Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries. Journal of Power Sources, 2010, 195, 4554-4569

[9] Wu Xu, Jiulin Wang, Ji-Guang Zhang, et al. Lithium metal anodes for rechargeable batteries. Energy & Environmental Science, 2014, 7, 513

[10] Yu Zhao, Yu Ding, John B Goodenough, et al. A chemistry and material perspective on lithium
redox flow batteries towards high-density electrical energy storage. Chemical Society Reviews, 2015, 44, 7968

本文由材料人专栏科技顾问王小二供稿。

 
 
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