頂刊動態|AM/EES等鋰離子電池近期學術進展【新能源周報160613期】

鋰離子電池憑借其電壓高、無污染和安全性能高等特點得到廣泛應用。對于鋰電方面的研究成果如雨后春筍，下面就讓我們花幾分鐘了解下最新的進展吧。

1.Energy & Environmental Science：新型高能量密度的鋰離子電池

一次充電行駛300英里是電動汽車的基本要求，它需要的動力電池的能量密度是現在廣泛使用的LiCoO₂ / graphite鋰離子電池能量密度的兩倍。來自韓國漢陽大學Joo Hyeong Lee的科研小組報道的一種新型鋰離子電池就能滿足了要求。

他們通過簡單的球磨法制造出他納米管與Si的復合物作為鋰離子電池陽極，不僅帶來了相當穩定的循環性能，而且在振實密度為1.103 g cm的條件下提供了2364 mAh g^-1放電容量。陰極材料采用Li[Ni_0.85Co_0.05Mn_0.10]O₂組成的核殼結構，內層的Ni最大程度上提供放電容量，外層的Mn可以熱穩定性的保護，最終測得放電容量為221 mAh /g。CNT-Si 復合物陽極和 TSFCG 陰極組成的完整電池中，能量密度為350 Wh /kg，在放電電流為1 C的條件下循環500次依然具有很好的能量保留。

這種最先進的陰極和陽極技術解決了因電池能量密度不足而給電動汽車的推廣帶來的限制。

原文鏈接：High-energy-density lithium-ion battery using carbon-nanotube-Si composite anode and compositionally graded Li[Ni_0.85Co_0.05Mn₀₁₀]O₂ cathode

?2.Advanced Materials :分層組裝的碳納米管在鋰離子電池中的應用

柔性電極的制造是當今電子工業最具吸引力的方向之一。由于互聯網的發展和直觀電子消費產品的刺激使得柔性儲能器件的需求進一步發展。雖然近些年的研究取得了一些進展，但是質量體積和硬度大的問題仍然需要對電池結構提出具有創造性的設計去解決。來自劍橋大學工程系制造研究所的課題組的Shahab Ahmad等人通過實驗證明可以通過設計碳納米管的微觀結構釋放耦合壓力，從而實現儲能器件具有幾號柔韌性的特點。我們使用Fe₂O₃ 作為陽極 ， LNCO 三元材料作為陰極制作的電極，不但具有很好的柔韌性(耐彎半徑達到300 μm)，而且具有2000 mA·h/g的比容量和1 C放電條件下循環500次衰退不到30%的高循環穩定性。

原文鏈接: Hierarchical Assemblies of Carbon Nanotubes for Ultraflexible Li-Ion Batteries

?3.Advanced Materials ：一種三維多孔集電極的鋰離子電池陽極材料：

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提升鋰離子電池的能量密度是科學家們長期以來的夢想，在過去的研究中人們用具有更高比容量的硅、鎳和一些過渡族金屬取代理論容量只有372 mAh/g的石墨作為鋰離子電池的陽極材料。除了上述提及的元素，金屬鋰具有3860 mAh/g的高比容量和很低氧化還原電位，可以直接作為陽極使用，不同的是金屬鋰陽極不能為鋰離子提供寄主空間，鋰離子在空間中不受控制容易沉積在陽極附近，導致電極微觀的改變和機械性能的降低。

來自深圳石墨烯和碳功能材料重點實驗室和清華深圳研究院的課題組的Qinbai Yun等人，使用操作簡單成本低廉的脫合金方法，制造出了三維多孔集電極作為鋰電池陽極材料，可以有效緩解鋰沉積和在鋰離子嵌入脫出時造成的體積變化，并抑制鋰枝晶的形成，從而形成穩定的電極結構和SEI膜。同時0.5 mA cm^-2的電流密度下循環250 次仍然能保持97% 的庫倫效率，1 mA cm^-2放電能達到140次，有效降低了金屬鋰陽極材料的極化。做成Li|Li@Cu電池時具有1000 h的壽命，當組裝成Li@Cu|LiFePO₄時將有希望實現商業化應用。

原文鏈接: Chemical Dealloying Derived 3D Porous Current Collector for Li Metal Anodes

?4.ACS Nano：采用石墨烯和Mn₃O₄組成的高柔韌性二維納米復合材料作為柔性鋰離子電池的陽極

先進柔性電極材料的設計，對于柔性儲能器件的發展起著至關重要的作用。

西北工業大學、清華大學和美國特拉華大學的聯合研究小組的Jian-Gan Wang等人報道出了一種具有完美的機械柔韌性和儲存鋰離子的能力的石墨烯/ Mn₃O₄二維納米復合材料。具有很大面積的層狀石墨烯和Mn₃O₄納米線相互作用組成的二維納米復合材料，不僅具有良好的抵抗各種機械變形的能力，而且具有很好協同作用去增大電極與電解液的接觸面從而降低鋰離子的運動阻力。

當它獨立的作為柔性鋰離子電池陽極材料時，表現出了很好的電化學性質，大容量：整個電極在100 mA/g的電流密度下有802 mAh/g的高比容量，良好的循環性能：在2000 mA/g的電流密度下有308 mAh/g的高比容量，良好的循環穩定性：100次循環后僅衰退13.5%。這種前所未有的電極結構的設計可能會為同時具備良好電化學性能和機械柔韌性的儲能器件的應用帶來廣闊前景。

原文鏈接：Highly Flexible Graphene/Mn3O4Nanocomposite Membrane as Advanced Anodes for Li-Ion Batteries

5.NANO LETTER：晶粒結構對富鋰氧化層嵌入脫出機制的本質影響

以Li⁺從具有電化學活性的寄主材料中嵌入脫出為機理的鋰離子電池，是現在應用最廣泛的儲能器件之一。鋰富集的氧化層狀材料（LLOs）因為具有比現在廣泛應用的LiCoO₂材料高出近兩倍的能量密度，有很大希望成為下一代鋰離子電池正極材料，然而它的比容量和循環穩定性在廣泛應用之前仍然有待提高。然而警惕內部結構和元素表面接觸在動力學上的影響尤其是鋰富集氧化層和復雜的晶體結構人們了解的并不清楚，北京工業大學和東京大學的Haijun Yu等人對這種復雜結構下晶體內部特征進行研究，并提出了一些新的概念去理解這些化合物的電化學性能。

原文鏈接：Crystalline Grain Interior Configuration Affects Lithium Migration Kinetics in Li-Rich Layered Oxide

該文獻匯總由材料人新能源學術小組越洲供稿，參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，若想參與新能源文獻解讀和文獻匯總、新能源知識科普和深度挖掘新能源學術產業信息，請加qq 2728811768。

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