摘要：采用无机固体电解质的全固态锂电池以其高安全性和长寿命等优点,已经成为动力电池领域的重要发展方向之一。随着高室温离子电导率(大于10^(-3)S·cm^(-1))的固体电解质的涌现,锂离子在其中的迁移动力学问题不再是全固态锂电池发展的主要瓶颈。相比之下,正极和固体电解质界面处因空间电荷层等复杂效应导致的高界面电阻成为当前急需解决的难题。本文从(电)化学势及电势的基本概念出发,对描述正极和固体电解质之间化学势差异所导致的空间电荷层的理论模型进行严格推导,以揭示其影响界面电阻的物理本质。接着,本文从实验表征和理论模拟角度出发,综述了当前在观测空间电荷层状态、计算正极/固体电解质界面及其体相锂离子浓度,以及预测界面电阻等方面存在的问题。在此基础上,本文提出了融合空间电荷层模型、数值模拟以及基于实际正极和固体电解质接触处费米能级状态和位置的方法,从而定量评估界面电阻。最后,本文展望了通过优化正极/固体电解质界面来提升全固态锂电池电化学性能的未来发展趋势。通过深入理解界面电阻的物理机制,未来可以采用新的材料设计、界面工程等策略来改善全固态锂电池的性能。这些研究将有助于推动全固态锂电池技术的发展,实现更高效、更安全的能源存储解决方案。

摘要：随着石油等化石燃料的逐渐枯竭,人们对绿色能源和电动汽车的需求持续增长,可循环的电能储存系统也得到了快速发展。然而,传统的锂离子电池已接近理论极限,因而寻找开发下一代电池电极材料受到了极大的关注。锂硫电池因为具备出色的理论比容量和能量密度、环境友好、成本低廉等优点而备受关注。然而,锂硫电池中活性硫及其放电产物导电性差、可溶性多硫化物在电极间穿梭、体积膨胀等问题导致电池的反应动力学缓慢、容量迅速下降。为了解决这些问题,有必要对硫正极进行合理设计,研究表明引入碳纳米结构(如碳纳米管、碳纳米纤维、介孔碳、石墨烯等)作为骨架负载硫能提高锂硫电池的性能。这些碳骨架具有多层次的交叠多孔结构、大比表面积和高电子迁移率等优势,为离子提供迁移通道的同时能形成物理屏障限制多硫化物的迁移,进而抑制穿梭效应改善电池的循环稳定性。但是由于碳纳米结构的非极性特点,多硫化物与碳骨架之间的相互作用较弱,只能通过物理相互作用抑制多硫化物的穿梭。为了提高抑制效果,可以将极性材料(如金属氧化物、硫化物等)与碳纳米结构进行耦合,这样就兼具了极性材料和碳纳米结构的优点。极性材料与多硫化物的相互作用较强,同时碳纳米结构的高导电性和物理屏障作用亦得以保留,因而能大幅减缓穿梭效应,提高锂硫电池的循环稳定性和倍率性能。此外,多种导电聚合物,如聚吡咯(PPy)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)等,亦能作为包覆层或导电载体改善锂硫电池的循环性能和倍率性能。其中聚苯胺(PANI)具有导电性高、易合成、共形性好等特点,作为包覆层能有效地防止多硫化物向外扩散,提高电子的迁移率,从而保证电池的长期循环稳定性。本工作制备了一种ZnS-CNTs/S@PANI正极材料来抑制上述缺陷,提高锂硫电池性能,该正极材料以ZnS修饰的CNTs为骨架来负载硫,再在外层包覆聚苯胺(PANI)导电聚合物制备而成。该正极材料中由碳纳米管构成的导电网络有利于电子的快速迁移,并能容纳循环过程中硫的体积膨胀;ZnS量子点的修饰在碳纳米管表面增加了大量极性位点,能够增强对多硫化物的吸附,进而抑制穿梭效应;外侧的聚苯胺作为极性导电包覆层有利于提高电极整体的导电性,增强对多硫化物的吸附,并且能够通过物理限制效应防止活性材料流失。因此该正极材料表现出良好的电池性能,其初始比容量在0.5 C时为952.33 mAh·g^(-1),经过150次循环后比容量为776.37 mAh·g^(-1),容量保持率为81.52%。其在2 C倍率下的放电容量为633.62 mAh·g^(-1),优于CNTs/S和ZnS-CNTs/S电极。该结果证明了ZnS-CNTs/S@PANI正极材料具备优异的锂硫电池性能,为了锂硫电池向实用化发展提供了一种正极制备方案。

摘要：锂硫(Li-S)电池因其高能量密度和低成本而被认为是最有前途的储能系统之一,但可溶性多硫化物的穿梭效应导致的容量快速衰减仍然是实际应用中的主要问题,因此近年来正极改性材料在解决上述问题方面备受关注.共价有机骨架(COF)作为一种新型的有机功能材料,成为了Li-S电池正极改性材料的优秀侯选之一.本文在改性氧化铝基底上原位生长了一种含磺酸基的高结晶性共价有机骨架(SO_(3)-COF),制备了Al_(2)O_(3)@SO_(3)-COF复合材料,用于改性Li-S电池的正极.以Al_(2)O_(3)@SO_(3)-COF为正极的电池在充放电及倍率测试中表现出了优异的性能.电池在1 A/g下的初始放电比容量高达1 141 mA·h/g,并且500次循环后容量可以保持在466 mA·h/g.

摘要：为深入了解并跟踪锂硫电池正极发展动态,以Web of Science为数据源,采用可视化软件CiteSpace,从年发文量、作者、研究地域、研究机构、研究热点等方面对锂硫电池正极领域进行可视化文献分析,并绘制相应的知识图谱.基于大量文献调研分析,得到如下结论:(1)锂硫电池正极研究经历1978—2009年、2010—2013年和2014—2021年三个阶段,该领域的研究在世界范围内正受到极大关注,并且在未来几年仍属于热门研究方向;(2)锂硫电池正极属于多学科交叉领域,中国在该领域深耕多年,形成一批具有较高学术影响力的研究机构和学者,已成为该领域的核心主导力量;(3)未来有关锂硫电池正极的研究主要集中在复合型正极的构建、特殊形貌(如核壳形貌)的设计、材料改性新技术(如原子层沉积)的开发等方面,并努力实现锂硫电池正极倍率性能和面容量的大幅提升.

摘要：锂硫电池因优异的理论比容量(1675 mAh∙g^(−1))和能量密度(2600 Wh∙kg^(−1)),以及活性物质硫储量丰富、环境友好和低成本等优点,有望成为下一代储能电池。然而,在锂硫电池充放电过程中,可溶性多硫化锂极易溶解于电解液,导致氧化还原反应缓慢,且在溶度差作用下扩散到负极参与副反应,从而不可逆地降低了活性材料的含量,进而使锂硫电池出现放电容量低、容量衰减较快等问题。金属有机框架材料是一类以金属或金属团簇为中心、有机配体为连接单元,在共价键的作用下自组装形成的多孔晶体材料,具有较大的比表面积、高孔隙率和高度有序的孔结构及结构可调性等优点,且可被有效人为设计功能化特性。因此,设计了一种具有孔道缺陷的多金属氧酸盐功能化金属有机框架材料(Fe-NENU-5),用作高性能锂硫电池正极的硫载体。Fe-NENU-5的孔道缺陷,一方面可提供载硫与多硫化锂反应的空间,另一方面可使得缺陷孔道内的多金属氧酸盐能够有效吸附和催化转化多硫化锂,从而极大抑制了多硫化锂的穿梭效应,提高了活性物质的利用率。Fe-NENU-5/S正极所构建的锂硫电池在倍率性能和循环稳定性方面远优于NENU-5/S的锂硫电池,在电流密度1 C下循环500次后的放电比容量仍有617 mAh∙g^(−1)。此外,在高载量4.7 mg·cm^(−2)下,锂硫电池放电容量可达3.1 mAh·cm^(−2)。本研究为满足日益增长的能源储能需求,解决锂硫电池放电容量差及循环寿命低的问题提供了理论依据。

摘要：钠离子电池是未来锂离子电池的有效替代品,其能否实现快速产业化,不仅需要大的容量,还需要高安全性。本研究从失效模式、失效机理和高安全型钠离子电池开发三者的关系入手,将电池整体的失效简化为不同组成部分的失效,对钠离子电池的正极、负极、电解质、隔膜等部件进行了失效分析和总结,然后提出了一些避免失效和性能提升的方法,最后对钠离子电池失效分析的检测方法进行了介绍,并给出了简单的可供参考的流程设计。

摘要：兼具高能量密度与成本效益的锂硫电池,体现了良好的应用前景。但是,锂硫电池在正极与负极方面存在的问题,也阻碍了其进一步发展。针对锂硫电池目前存在的问题,总结了锂硫电池电极材料领域的研究进展。在正极部分,可通过多孔载体材料、多硫化物的化学吸附与催化位点的构建提升电池性能。在负极部分,通过对负极集流体改进、固体电解质界面(SEI)膜的生成以及固态电解质的使用,可起到保护锂负极、优化性能的效果。最后,本文认为,在锂硫电池未来的发展中,应统筹考虑电池系统整体的开发设计,而非仅针对电池单一领域存在的某一问题,从而使电池系统各部分的改进方法有效结合,发挥协同效应,推动锂硫电池实用价值的提升。

摘要：开发低成本、高性能的正极是下一代可充电锂电池和锂离子电池的主要研究目标之一。针对此,设计并制备了一种具有垂直多孔碳包覆结构的自组装氟化铁/碳/多孔还原氧化石墨烯(FeF_(3)/C/HRGO)正极材料。通过结合水热合成与静电自组装,该复合正极材料拥有包含初级、次级碳包覆层的双层碳包覆框架。其中球形结构的初级碳包覆层有效抑制了氟化过程中FeF_(3)的体积膨胀,而次级碳包覆层中的多孔导电网络,显著促进了电极内部的电子传输与离子迁移。在0.1 A·g^(-1)的电流密度下,所得FeF_(3)/C/HRGO复合正极经过200次充放电循环后,仍保持有406 mAh·g^(-1)的优异可逆容量。

摘要：锂硫电池因具有高理论容量和高能量密度被认为是最具前景的储能技术之一。然而,锂硫电池因硫电导率低、多硫化物穿梭效应、电极体积膨胀等问题限制了其实际应用。为了探究ReS_(2)纳米片对锂硫电池性能的影响,采用简单的水热法实现ReS_(2)纳米片在碳纤维布(CFC)上均匀生长,形成ReS_(2)-CFC复合材料;并通过熔融扩散法,将活性物质硫分散在ReS_(2)-CFC中作为锂硫电池正极(S/ReS_(2)-CFC)。借助扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和电化学技术等表征测试手段分析了S/ReS_(2)-CFC的形貌和电化学性能。结果表明,CFC和ReS_(2)通过物理和化学协同作用能够很好地抑制多硫化物的穿梭,提高电池倍率性能和循环稳定性。S/ReS_(2)-CFC正极电池在0.2C(1C=1675 mAh·g)倍率下有1522 mAh·g的高放电比容量;在4C倍率下放电比容量能够达到768 mAh·g,经过500圈循环后保持在548 mAh·g,每圈衰减率为0.058%。

摘要：金属有机骨架材料(MOFs)及其衍生物因其灵活多变的化学组成和多孔结构等独特优点而成为锂-氧气(Li-O_(2))电池正极的候选催化剂。本文通过对近期相关文献的分析,综述了MOFs基催化剂的设计和合成策略,重点介绍了MOFs热解衍生碳基材料、MOFs衍生单原子催化剂以及原始MOFs材料在Li-O_(2)电池中的应用,分析了MOFs及其衍生物对ORR/OER的催化机理。综合分析表明,构建具有高密度催化活性位点、结构稳定、孔隙率高、导电性良好的MOFs材料及其衍生物是今后开发高效Li-O_(2)电池正极催化剂的发展方向。