基于表界面反应及优化的锂金属电池研究进展

doi:10.7503/cjcu20200508

摘要/Abstract

摘要：

金属锂具有高理论比容量和低还原电位, 是锂电池阳极的理想材料之一. 但在长期循环充放电过程中, 金属锂因锂枝晶生长会导致出现界面恶化及能量损失严重等问题, 对锂金属电极与电解质表界面反应的优化是一个重要研究方向. 本文介绍了锂枝晶产生的危害, 从分析及抑制锂枝晶沉积两方面综合评述了为解决这一问题所采取的方法, 包括固态电解质界面形成机制和保护机理、表面改性、三维锂阳极和液态/固态电解质等方法, 总结了各种方法的优劣势, 并展望锂金属电池在能源领域的研究前景.

关键词: 锂金属电池, 锂枝晶, 固态电解质界面, 电解质

Abstract:

Lithium（Li） metal has high theoretical specific capacity， a low reduction potential， so is one of the ideal materials for the anode of lithium batteries. During the long-term cycling， however， lithium metal has problems such as interface deterioration and serious energy loss due to lithium dendrites growing. The optimization of interface reaction between lithium metal electrodes and electrolytes is a significant research direction. In the paper， the hazards caused by lithium dendrites was outlined， as well as comprehensively reviewing methods adopted to solve this problem from analysis and inhibition of lithium dendritic deposition， including the formation and protection mechanisms of solid electrolyte interface， surface modification， three-dimensio-nal lithium anode， liquid/solid electrolytes， etc. Besides， the advantages and disadvantages of methods above are summarized， and research prospects to lithium metal batteries is expected in the energy field simultaneously.

Key words: Lithium metal battery, Lithium dendrite, Solid electrolyte interface, Electrolyte

中图分类号:

O646

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图/表 9

Fig.1 Schematic illustration of LMBs

Fig.2 Schematic diagram of Li dendrites(A) The formation of Li dendrites in bare Li metal[21]; (B) the optical photos of Li dendrites in glass capillary cell[22]; the mechanism of diffusion-reaction competition to control Li deposition included diffusion mechanism(C1) with scanning electron microscope(SEM) images(C3, C4) and reaction mechanism(C2) with corresponding SEM images(C5, C6)[25].(A) Copyright 2020, American Chemical Society;(B) Copyright 2016, The Royal Society of Chemistry;(C) Copyright 2020, Wiley-VCH.

Fig.3 Different models interpreting SEI forming(A) Mosaic model[32]; (B) two-layer/two-mechanism diffusion model[33]; (C) the open-circuit energy picture for an aqueous electrolyte[34].(A) Copyright 2015, American Chemical Society;(B) Copyright 2012, American Chemical Society;(C) Copyright 2010, American Chemical Society.

Fig.4 Li metal protected by surface modification

Fig.5 Converting Li metal into Li alloy anode

Fig.6 Constructing 3D Li anode

Fig.7 Action of liquid electrolyte to LMBs

Fig.8 Solid state electrolyte as another method guarding LMBs

Fig.9 Realizing the self?repair of Li anode during cycles

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