摘要：锂金属负极长期以来一直被认为是储能电池领域的“圣杯”,但负极表面枝晶的生长和锂金属的持续损耗使得锂金属电池无法稳定循环,甚至存在安全隐患,阻碍了其实际应用。为了解决枝晶生长和负极锂的损耗问题,研究人员提出了不同的界面改性方法。其中有机聚合物具有官能团丰富和结构多样的特点,在诱导锂离子均匀沉积和缓解体积效应方面具备优势,在锂金属负极改性中受到研究者青睐。本文分别从集流体改性、隔膜改性以及人工SEI膜构建的角度,介绍了聚合物应用于锂离子电池界面修饰的研究现状、发展趋势以及关键科学问题;分析了用于界面修饰聚合物的结构设计准则,探讨了聚合物的界面修饰方法,阐明了聚合物界面抑制枝晶生长、缓解体积效应的机制,最后对金属锂负极未来的研究方向和发展趋势进行了展望。

摘要：为改善醚类电解质和高压正极之间的界面兼容性,将锂电池的能量密度提升至350 W·h·kg^(-1)以上,本研究设计合成一种新型含硅烷基团的醚类电解质(Si-PEO),组装扣式电池,进行电化学性能和微观组织形貌分析。研究结果表明,该电解质中的醚链段用来解离锂盐和传导Li^(+),硅烷链段可以改善电解质的氧化稳定性,使其在室温下具有1.25×10^(-5) S·cm^(-1)的离子电导率和较高的电化学窗口(4.46 V)。LiCoO_(2)|Si-PEO|Li电池在室温下以0.5 C的倍率循环100圈后仍能保持160.12 mA·h·g^(-1)的放电比容量,容量保持率高达96.45%。循环后LiCoO_(2)正极颗粒完整,无副反应产物堆积,表面生成一层均匀且富含无机成分的正极/电解质界面。此界面层可以使Si-PEO电解质和正极有着优异的热兼容性,改善了LiCoO_(2)‖Li电池的安全性能。

摘要：为研究航空冷链运输过程中,安装在温度计中的锂金属电池的安全性。利用自主设计并搭建的锂金属电池热失控实验平台,针对不同压力下锂金属电池热失控特性开展实验研究。观察电池热失控实验现象,对常压下的锂金属电池热失控进行阶段划分。通过锂金属电池热失控后电池表面温度峰值,电池升温到爆炸所需时间,电池破损程度,考察压力变化对于电池热失控特性的影响。实验结果表明:环境压力的降低,电池热失控后产生的能量减小,释放的热量减弱,材料导热系数降低,使得热量通过电池壳体传入内部变慢,电池更难发生爆炸。压力减小,电池内外压力差变大,电池爆炸导致壳体破损更加严重。据此提出冷链货物航空运输过程中,温度是关注焦点,应提高冷链箱密封性,在运输前将箱内压力降低。

摘要：锂金属电池因其高能量密度优势而备受关注,但金属锂高活性和电化学循环过程中枝晶生长问题制约了其实际应用。铜集流体的研究对提升锂金属电池的安全性具有重要意义,能够起到调控局部电流密度从而影响锂离子分布的作用。本文针对平面铜集流体的固有缺陷,介绍了铜集流体改性策略的主要研究进展,并指出设计三维结构集流体能有效降低电流密度但暴露了更多活性界面,增强集流体亲锂性可以降低锂成核过电位但对设备具有较高要求,构建铜集流体表面改性层可以有效隔离电解液但对电池长期稳定性的影响有待进一步考量,因此铜集流体的优化还需进一步研究。

摘要：锂金属负极因具有高理论容量和低电化学势而备受青睐。电解质作为锂金属电池（Lithium Metal Battery, LMB）不可或缺的组成部分，其性能直接影响锂金属电池的使用寿命。近年来，深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvent, DES）凭借其低成本、高离子电导率以及热稳定性等优势在锂金属电池领域引起广泛关注。然而，其液态属性使其存在电解质泄漏的安全风险，深共晶凝胶聚合物电解质的出现解决了这一问题。本文概述了深共晶溶剂的基本概念和性质，综述了深共晶凝胶聚合物电解质，特别是腈类、酰胺类深共晶凝胶聚合物电解质在锂金属电池中的研究进展，最后展望了深共晶凝胶聚合物电解质的发展前景，以期为应用于锂金属电池的下一代深共晶凝胶聚合物电解质的设计和研究提供参考。

摘要：设计了在主链上密集接枝PEO侧链的聚合物固态电解质。实验采用原子转移自由基聚合(ATRP)等可控自由基聚合反应,得到了结构可控的支化聚合物。该聚合物以甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)为主链,并采用ATRP将单体甲基丙烯酸六氟丁酯(TFBMA)和聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯(PEGMA)接枝到主链上。由于TFBMA中氟基团的作用使电解质具有更宽的电化学窗口。此外,支化结构致密的侧链,具有空间位阻效应可以防止侧链和主链缠绕,打破聚合物链的长程有序以抑制PEO的结晶,进而提高离子电导率。

摘要：利用简单刮涂的方式将四种不同的金属有机骨架材料(MOF)分别与聚偏二氟乙烯(PVDF)复合制备得到柔性MOF/PVDF多孔隔膜,研究其在锂金属电池中对锂离子传输沉积行为的影响。结果表明,MOF基隔膜很好地引导了锂离子在锂金属负极的沉积,另外,电极的界面电荷传输性质也得到了改善,界面反应动力学有所提升。在0.5C电流密度下,MOF/PVDF隔膜组装的LTO电池在150圈时的放电容量依旧保持在165~170 mAh g^(-1)左右,相较于普通隔膜电池的157.8 mAh g^(-1)有明显的提升。

摘要：固态电池与传统的锂离子电池和液态电池相比,在提高能量密度和安全性方面具有更大的潜力。然而,现有的固态电解质在提升电导率和克服锂枝晶产生等问题时遇到不少挑战。为解决此问题,选用MIL-101(Cr)的金属-有机框架材料(Metal-organic framework,MOF)作为主体材料,将高电导率的有机单体1,3-二氧戊环(DOL)负载在MIL-101(Cr)上,设计制备了一种新型固态电解质。该方法不仅解决了DOL电化学稳定性差的问题,还充分利用了MIL-101(Cr)富含不饱和金属位点的特点,限制了阴离子的自由移动,加速了锂离子的解离过程,从而提升锂离子迁移数。结果表明,MIL-101(Cr)@DOL材料表现出优异的离子电导率(0.92 mS·cm^(-1)),稳定的电化学窗口(4.65 V)和较高的锂离子迁移数(0.57)。此外,使用MIL-101(Cr)@DOL材料组装的Li//LiFePO_(4)电池也表现出了优异的倍率和循环性能,在0.2 C下经过140次循环后放电比容量仍然维持在128.9 mAh·g^(-1),容量保持率达到82.9%。将有机单体DOL负载在MIL-101(Cr)上合成的新型固态电解质的方法,对于开发新型的固态电解质材料和寻找新的离子传导机制起到了启发的作用,为提升锂金属电池性能提供了新的途径和可能性。

摘要：开发高能量密度的锂电池是满足先进储能系统需求日益增长的关键。锂金属电池因理论比容量高而备受关注,但不均匀的锂离子通量和锂枝晶等问题限制了其进一步应用。因此,采用氟化金属-有机框架材料(Metal-organic frameworks,MOFs)修饰聚丙烯(Polypropylene,PP)隔膜的新策略来克服上述挑战。通过合成氟化金属-有机框架材料,并将其涂覆在PP隔膜表面,成功制备出基于氟化金属-有机框架材料的功能化隔膜(MOF-4F@PP)。MOF-4F的电负性纳米孔道和均一多孔结构可限制溶液中阴离子的移动,并加速锂离子的传输。实验结果表明,相比于未改性的PP隔膜,MOF-4F@PP隔膜具有优异的电解液润湿性、高的离子电导率(0.96 mS·cm^(-1))和锂离子迁移数(0.62)。所以,MOF-4F@PP隔膜能实现更均匀的锂离子通量,形成更稳定的界面层,有效抑制锂枝晶的生长。电化学性能研究进一步表明,使用MOF-4F@PP隔膜组装的Li//Cu和Li//Li电池的循环寿命显著提升,实现了超过1 000 h的循环。MOF-4F@PP隔膜在锂沉积/剥离过程中展现出优异的稳定性,为锂金属电池的长期运行提供了可靠的保障。此外,采用MOF-4F@PP隔膜组装的Li//LiFePO_(4)电池也呈现出优异的倍率和循环性能,在1 C下经过200次循环后放电容量仍高达125 mAh·g^(-1)。结果表明,氟化金属-有机框架材料的功能化隔膜对调控离子的传输起到了至关重要的作用,为提升锂金属电池性能提供了新的途径和可能性。

摘要：金属锂负极是下一代高比能二次电池备受关注的负极材料,以金属锂为负极的锂金属电池具备极高的理论能量密度,但其仍存在充放电循环效率低、电池寿命短等问题。要实现高能量密度高安全性的锂金属电池的合理设计和优化,需要对金属锂负极中锂金属沉积脱出过程的离子输运、电子输运、界面反应等机制机理有清晰的认识。本文针对金属锂负极中存在的枝晶生长、死锂形成、固体电解质界面膜作用等机理问题,综述了研究者们在其沉脱机理的模型与理论计算、实验研究等方面做出的诸多研究进展,为锂金属电池的合理设计提供了更全面的机理认识。