南京大學周豪慎、何平團隊：固態鋰空氣和鋰硫電池研究取得進展
【成果簡介】
南京大學現代工程與應用科學學院周豪慎、何平團隊應邀在能源材料領域刊物Adv. Energy Mater.上發表題為“Rechargeable Solid-State Li-Air and Li-S Batteries: Materials, Construction and Challenges”的研究進展文章，對目前固態鋰空氣電池、固態鋰硫電池等二次電池領域的研究熱點進行了系統地分析、總結和展望。
【圖文導讀】
圖1 固態鋰硫電池和固態鋰空氣電池示意圖
(a) 固態鋰硫電池示意圖；
(b) 固態鋰空氣電池示意圖。
圖2 幾種晶體結構類型
(a) 鈣鈦礦型（LLTO）;
(b) NASICON型（LAGP）;
(c) 石榴石型（LLZO）;
(d) thio-LISICON型（LGPS）。
【研究內容】
能源危機以及環境污染問題促進了新能源的開發與利用。能源的存儲和利用需要高效的能源轉換系統。鋰空氣電池和鋰硫電池因為具有極高的理論比能量受到廣泛的關注（鋰空氣電池為3600 Whkg-1, 鋰硫電池為2600 Whkg-1）。然而，目前大多數相關研究中都使用的有機電解液可能引起泄漏、燃燒和爆炸等安全問題。另外，基于金屬鋰負極的枝晶生長可能造成短路的安全隱患。為解決這些問題，研究者使用無機固態電解質取代有機液態電解質，設計了如圖1所示的固態鋰空氣電池和鋰硫電池。固態鋰空氣、鋰硫電池安全性優勢突出，避免了有機電解液易燃問題。無機固體電解質具有優秀的機械強度，可以有效阻擋鋰枝晶穿刺。另外，在鋰硫電池中，固體電解質可以避免“穿梭效應”的產生，從而提高鋰硫電池庫倫效率和循環壽命性能。對于鋰空氣電池，固體電解質可以有效保護金屬鋰負極受到二氧化碳和水氣等影響，保證電池的長期使用。
該文首先介紹了4種適合鋰離子傳導的固體電解質。如圖2所示分別為鈣鈦礦型、NASICON型、石榴石型和thio-LISICON型。接著系統分析各種電解質結構、輸運特性，化學和電化學性質，總結了不同電解質在鋰空氣電池和鋰硫電池中的不同應用。接下來，該文介紹了固態鋰空氣電池和鋰硫電池的一些重要的正極材料，歸納了電極材料性能提高的方法。并從微觀角度分析了兩種固態二次電池的電極反應機理。最后，該文著重分析了固態鋰空氣電池和鋰硫電池在電極-電解質界面方面存在的問題，并指出提高界面輸運特性和穩定性的方法。
現代工程與應用科學學院15級博士研究生劉一杰為該文第一作者，何平副教授和周豪慎教授為通信作者。該團隊從2012年開始，率先在國內開展固態鋰空氣電池研究，首次實現了基于Li1+xAlyGe2-y(PO4)3的固態鋰空氣電池和鋰硫電池的設計與制備。此外該團隊還將無機-聚合物復合電解質引入到鋰空氣電池中，顯著提高了鋰空氣電池功率特性和穩定性。（Acs Energy Lett 2017, 2 (6), 1378-1384；Energ Environ Sci 2017, 10 (4), 860-884.）相關研究引起國內外同行的廣泛關注與認可，基于這方面的研究基礎，該團隊連續獲得國家重點研發計劃課題和基金委重點項目的資助。
原文鏈接：http://news.nju.edu.cn/show_article_12_47440。
文獻鏈接：Rechargeable Solid-State Li-Air and Li-S Batteries: Materials, Construction and Challenges（Adv. Energy Mater.，2017，
本文由材料人編輯部王冰編輯，點我加入材料人編輯部。
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