LIN 等首次報道了具有劍麻形態的開放結構的Co9S8基質作為Li-O2電池的氧正極,能夠催化氧化還原,得到了良好的Li2O2/正極接觸界面。同時成功地實現了Li2O2的存儲矩陣,從而顯著改善了Li-O2電池的電化學性能。可以在50 mA/g下提供約6875 mA·h/g的高放電比容量,并且在1000 mA·h/g的截止比容量下表現出0.57 V的低過電位。
Lin X, Yuan R, Cai S, et al. An Open‐Structured Matrix as Oxygen Cathode with High Catalytic Activity and Large Li2O2 Accommodations for Lithium–Oxygen Batteries[J]. Advanced Energy Materials, 2018: 1800089.
LIANG 等通過二硫化碳與氫化鋰/CNT的復合物的反應制備出了多孔碳包覆的硫化鋰/CNT 復合物(Li2S@PC-CNT)。該Li2S@PC-CNT復合物具有3D的CNT骨架,認為該納米結構不僅可以抑制多硫離子的溶解,且可以極大地促進電子和離子的傳輸。
Liang S, Xia Y, Liang C, et al. A greenand facile strategy for the low-temperature and rapid synthesis of Li2S@PC–CNT cathodes with high Li2S content for advanced Li–S batteries[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(21):9906-9914.
ZHAN等將Li2S、KB和PVP在乙醇中混合形成均勻的補鋰漿料,該補鋰漿料首周可釋放出高達1084 mA·h/g的比容量,可用于補償負極的首周不可逆容量損失。將該補鋰漿料直接涂覆于LiFePO4極片表面,用于補償Si-C負極的活性鋰損失。經補鋰后LiFePO4(Li2S)/Si-C 全電池的能量密度在第1周、第10周、第100周和第200周分別有約13.4%、26.7%、65.0%和110.2%的提升。
Zhan Y, Yu H, Ben L, et al. Applicationof Li2S to compensate for loss of active lithium in a Si–C anode[J].Journal of Materials Chemistry A, 2018, 6(15): 6206-6211.
ZUBAIR等制備了負載TinO2n-1 納米顆粒的微孔碳材料,并作為 Li-S 電池的電極。電極在長循環中沒有出現龜裂等形貌,且具有較好的電化學性能。該微孔碳材料可以有效地抑制多硫離子的溶解,認為這是因為負載的TinO2n-1納米顆粒可與多硫離子形成化學鍵結合。
Zubair U, Amici J, Francia C, et al.Polysulfide Binding to Several Nanoscale Magnéli Phases Synthesized in Carbon for Long‐Life Lithium–Sulfur Battery Cathodes[J]. ChemSusChem, 2018.
LIU 等提出將可脫嵌鋰的TiS2作為鋰硫電池正極的骨架結構,電池獲得了優越的電化學性能,0.3C循環200周后比容量為1120 mA·h/g,容量保持率達到97.0%;1.0 C循環200周和1000 周后的比容量分別為886 mA·h/g 和613 mA·h/g。用原位X射線衍射和冷凍掃描透射電子顯微電鏡(cryo-STEM)對動力學機理進行了研究,結果指出,循環過程中起到固定多硫化物并催化硫化鋰分解的物質并非TiS2,而是LixTiS2(0<x≤1)。
Liu X C, Yang Y, Wu J, et al. Dynamic Hosts for High Performance Li-S Batteries Studied by Cryo-TEM and In Situ XRD[J]. ACS Energy Letters, 2018.
ZHENG等配了12 mol/L LiFSI/DME高鹽電解液并研究其對Li-S 電池的影響。
Zheng J, Fan X, Ji G, et al. Manipulating electrolyte and solid electrolyte interphase to enable safe and efficient Li-S batteries[J]. Nano Energy, 2018.
ZHANG等提出由介孔二氧化硅納米片和液體電解質組成的雙功能混合電解質,并用于Li-S 電池中。該混合電解質具有豐富的中孔(2.8 nm)、薄特征(20 μm)和高離子電導率(1.17×10-1 mS/cm)以及與電極的低界面電阻。這種獨特的性能不僅能夠有效抑制鋰枝晶的生長,而且還能顯著防止多硫化物穿梭。因此,具有該混合電解質的Li-S電池表現出相對高的可逆容量和良好的容量保持率。
Zhang N, Li B, Li S, et al. MesoporousHybrid Electrolyte for Simultaneously Inhibiting Lithium Dendrites and Polysulfide Shuttle in Li–S Batteries[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(16): 1703124.
ELANGO等以NaCl為中間介質結合放電等離子體燒結技術,制備了多孔的1 mm厚LFP 和LTO 電極。先把電極材料顆粒與NaCl微米顆粒混合均勻,加壓燒結,然后用水把NaCl洗去,即得到互相連接在一起又具有多孔結構的整體化電極。采用微米CT對電極的孔隙率、孔徑分布、連通性進行了測量,并研究它們對電極的電化學性能的影響。新型電極可以實現高達1 mm 的厚電極,4 倍于商業電池的面負載(20 mA·h/cm2)。
Elango R, Demortière A, De Andrade V, etal. Thick Binder‐Free Electrodes for Li–Ion Battery Fabricated Using Templating Approach and Spark Plasma Sintering Reveals High Areal Capacity[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(15): 1703031.
Lacey等結合3D打印技術制備了一種還原-氧化石墨烯網狀電極,擁有納米尺度到宏觀尺度的多級孔結構且不含添加劑。將其用作鋰氧氣電池的正極進行了電化學性能測試,0.1 mA cm-2電流下的面比容量達到13.3 mA h cm-2(≈3879 mA h g-1),多級孔使電極具有較快的離子和物質傳輸速率和界面反應速率。
Lacey S D, Kirsch D J,Li Y, et al. Extrusion‐Based 3D Printing of Hierarchically Porous Advanced Battery Electrodes[J]. Advanced Materials, 2018, 30(12): 1705651.
Mohammad Asadi等人針對鋰空電池循環中的氮氣和水分產生的副反應對電池循環壽命的危害,采用界面保護的金屬鋰負極和MoS2作為空氣正極組裝電池,并在模擬空氣成分下進行測試,電池經歷550次穩定循環并未出現衰減趨勢。通過DFT計算分析認為MoS2界面的結合能會影響到Li2O和Li2O2在界面上的成核,從而誘導產物非晶化。進而改變電池產物的積累模式,提高電池的循環穩定性。
Asadi M, Sayahpour B, Abbasi P, et al. Alithium–oxygen battery with a long cycle life in an air-like atmosphere[J].Nature, 2018, 555(7697): 502.
Kwak等以LiBr作為Li-O2電池的電解液添加劑,并研究含不同濃度的LiBr對電池性能的影響,同時研究石墨烯-聚多巴胺層作為鋰負極的保護層對電池的性能影響。經優化后,Li-O2電池的充電電位低于3.4 V,且150后容量保持率高達仍高達80%。
Kwak W J, Park S J, Jung H G, et al.Optimized Concentration of Redox Mediator and Surface Protection of Li Metalfor Maintenance of High Energy Efficiency in Li–O2 Batteries[J]. Advanced Energy Materials, 2018, 8(9): 1702258.
Wang等結合低密度的聚乙烯層和含LiI的凝結電解質以提高Li-O2電池的電化學性能,認為低密度的聚乙烯層可以阻礙放電產物Li2O2在空氣中轉變為Li2CO3,而LiI可以促進Li2O2的分解。該Li-O2電池在空氣中可穩定循環610周。
Wang L, Pan J, Zhang Y, et al. A Li–Air Battery with Ultralong Cycle Life in Ambient Air[J]. Advanced Materials, 2018, 30(3):1704378.
Hoefling等通過固體核磁共振技術研究了硫共聚物正極的性能穩定機理。以硫-二異丙烯基苯共聚物為例子,通過電化學實驗和量子計算協助固體核磁共振技術,發現共聚物的結構可以根據多硫化物的鏈長和電化學循環過程中產生的反應路徑來調節。由于有機物基團很好的固定了多硫化物抑制了穿梭效應,硫共聚物正極獲得了較好的循環性能。
Hoefling A, Nguyen D T, Partovi-Azar P,et al. Mechanism for the Stable Performance of Sulfur-Copolymer Cathode in Lithium–Sulfur Battery Studied by Solid-State NMR Spectroscopy[J]. Chemistry of Materials, 2018, 30(9):2915-2923.
Ye等使用Li2S8多硫化物作為前驅物通過原位電化學法還原制備出非晶化Li2S正極,從而實現降低Li2S正極自身的高脫鋰過電位,通過在石墨負極底部增設一層含有金屬鋰的泡沫鎳作為集流體和鋰化液態Li2S8多硫化物的鋰源。利用首周小電流放電將含有大量碳納米管集流體的液態多硫化物轉化為非晶Li2S。
Ye F, Liu M, Yan X, et al. In Situ Electrochemically Derived Amorphous‐Li2S for High Performance Li2S/Graphite Full Cell[J]. Small, 2018, 14(17): 1703871.
Wu等使用層狀的LiTiO2包覆Li2S,以提高Li2S正極的電化學性能。認為LiTiO2與多硫離子具有較強的相互作用,且可以誘導長鏈的多硫離子向短鏈的多硫離子轉變,從而降低多硫離子的溶解,同時使用量子化學計算的方法,對LiTiO2與Li2Sx之間的相互作用進行計算分析。
Wu F, Pollard T P, Zhao E, et al. Layered LiTiO2 for the protection of Li2S cathodes against dissolution: mechanisms of the remarkable performance boost[J]. Energy & Environmental Science, 2018, 11(4): 807-817.
內容來源:
詹元杰, 武懌達, 趙俊年, 等. 鋰電池百篇論文點評 (2018.6. 1-2018.7. 31)[J]. 儲能科學與技術, 7(5): 869-880.
起文斌, 張華, 金周, 等. 鋰電池百篇論文點評 (2018.04. 1—2018.05. 31)[J]. 儲能科學與技術, 2018