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【科海导航】Nature Energy导读:2019年4卷11期(2019年11月刊)-2019年4卷8期(2019年8月刊)

【科海导航】Nature Energy导读:2019年4卷11期(2019年11月刊)-2019年4卷8期(2019年8月刊)

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2020/02/12 15:53
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序言

 

天目湖先进储能技术研究院公众号科海导航板块旨在为所有从事二次电池研究的人员提供本领域最前沿、最热点、最经典的研究资讯。

我们将聚焦目前二次电池研究领域高水平期刊论文进行中文导读。由于水平有限,不免出现不精准乃至谬误之处,如若发现不当之处,烦请各位专家学者留言指正。留言经编辑确认后,会显示在导读下方,供其他读者参考。

(导读期刊包括但不限于Science, Nature, Nature Energy, Nature Material, Nature Chemistry, Nature Communication, Journal of the American Chemical Society,Energy & Environmental Science, Joule, Advanced Material , ACS Energy Letters等)

本期文章梳理了Nature Energy期刊自2019年8月至2019年11月与锂离子电池相关的论文,共计6篇。

 

 

Nature Energy导读:2019年4卷11期(2019年11月刊)-2019年4卷8期(2019年8月刊)

 

 

Nature Energy导读-2019年4卷11期.

探索富锂层状硫化物中离子氧化还原的瓶颈

 

阴离子氧化还原化学已经成为设计高能锂离子电池正极材料(例如富含锂的层状氧化物)的新范例。然而,由于阴离子本身的氧化还原活性,使得材料遭受电压衰减,大的迟滞和缓慢的动力学等问题困扰。为了从根本上理解这些问题,法国科学院院士Jean-Marie Tarascon团队通过设计新的富锂层状硫化物Li1.33–2y/3Ti0.67–y/3FeyS2来作用于配体,当y = 0.3,由于累积的阳离子(Fe2+/Fe3+)和阴离子(S2-/Sn-,n <2)的氧化还原过程,表现出约245 mAh g-1的持续可逆容量。此外,其初始循环不可逆性、长循环时的电压衰减、低电压滞后和快速动力学可忽略不计,与富锂氧化物类似物相比具有优势。因此,从氧配体向硫配体的转移虽然部分地降低了氧化还原电势和能量密度,但却缓解了影响阴离子氧化还原的实际瓶颈。总体而言,这些硫化物为提高阴离子氧化还原电极的整体性能提供了化学线索,这可能会指导我们最终利用氧气氧化还原的能量优势。

该论文作者为:Sujoy Saha, Gaurav Assat , Moulay Tahar Sougrati , Dominique Foix, Haifeng Li, Jean Vergnet , Soma Turi1, Yang Ha, Wanli Yang , Jordi Cabana , Gwenaëlle Rousse, Artem M. Abakumov and Jean-Marie Tarascon.

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标题:Exploring the bottlenecks of anionic redox in Li-rich layered sulfides

期刊信息:Nature Energy,2019, 4, pp 977-987, DOI: 10.1038/ s41560-019-0493-0.

文章类型:Research

 

 

Nature Energy导读-2019年10月刊.

全温电池由含非极性溶剂的氟化物电解质制成

 

碳酸酯电解质在商品化非水锂离子电池中得到了广泛应用。然而,碳酸酯电解液中的溶剂和锂离子的高亲和性以及高可燃性将其应用温度区间限制在-20 ℃~50 ℃之间,其电化学稳定窗口也只有0~4.3 V。最近,美国马里兰大学的王春生教授团队通过将氟化物电解质溶解在非极性的高度氟化的溶剂中成功地控制了电解液中的锂离子与溶剂的亲和性。这种电解液除了不燃以外,还能够在0~5.6 V的宽电化学窗口内稳定工作,在-125 ℃~70 ℃的超宽温度区间内仍然具有高离子电导率。他们发现在-95 ℃~70 ℃的温度区间内,这种电解液能够让LiNi0.85Co0.10Al0.05O2正极的库伦效率高达99.9%,Li负极和高压LiCoMnO4正极的库伦效率特分别高达99.4%和99%。即便在-85 ℃的超低温环境下,Li//LiNi0.85Co0.10Al0.05O2电池也能够实现其室温容量的50%。

该论文作者为:Xiulin Fan, Xiao Ji, Long Chen, Ji Chen, Tao Deng, Fudong Han, Jie Yue, Nan Piao, Ruixing Wang, Xiuquan Zhou, Xuezhang Xiao, Lixin Chen and Chunsheng Wang.

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标题:All-temperature batteries enabled by fluorinated electrolytes with non-polar solvents

期刊信息:Nature Energy,2019, 4, pp 882-890, DOI: 10.1038/s41560-019-0474-3

文章类型:Research

 

 

Nature Energy导读-2019年9月刊.

氟代原甲酸酯基电解液形成整体式的SEI使Li消耗和粉化最小化

 

金属锂的热力学不稳定性可引起Li与电解液之间连续的副反应,以及Li金属和电解液的连续损失,导致Li的低库仑效率和短循环寿命。即使在Li生长具有高库仑效率且没有枝晶的情况下,Li金属负极(LMA)的粉碎及其在长期循环后的大体积膨胀仍然存在很大的安全性问题。近日,西北太平洋国家实验室张继光博士和许武博士报道了一种基于氟代原甲酸酯溶剂的电解液使锂粉化最小化的方法。在这种电解液中形成的固体-电解质界面(SEI)明显地呈现出整体性特征,这与广泛报道的马赛克型(由随机分布的无机部分和有机部分组成)或多层型(由内部无机层和外部有机层组成)SEI形成鲜明对比,马赛克型或多层型SEI的不均匀可能导致不均匀的Li剥离/电镀以及快速的Li和电解液耗尽。长期循环下,高度均匀和无定形的SEI不仅可以防止Li枝晶的形成,还可以使Li的损失和体积膨胀最小化。此外,这种新型电解液显著抑制了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NMC811)正极由层状结构转变为岩盐的相变,稳定了其结构。高压Li||NMC811电池的测试表明,它具有长期的循环稳定性和高倍率性能,并且降低了安全隐患。

该论文作者为:Xia Cao, Xiaodi Ren, Lianfeng Zou, Mark H. Engelhard, William Huang, Hansen Wang, Bethany E. Matthews, Hongkyung Lee, Chaojiang Niu, Bruce W. Arey, Yi Cui, Chongmin Wang, Jie Xiao, Jun Liu, Wu Xu and Ji-Guang Zhang.

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标题:Monolithic solid–electrolyte interphases formed in fluorinated orthoformate-based electrolytes minimize Li depletion and pulverization

期刊信息:Nature Energy,2019, 4, pp 796-805, DOI: 10.1038/s41560-019-0464-5

文章类型:Research

 

 

Nature Energy导读-2019年10月刊.

更小的孔隙率使锂硫电池提供更高的容量

 

多硫化物的穿梭效应大大影响了锂硫电池的稳定性。大量研究通过将硫和Li2Sn限制在高度多孔的材料(例如carbon)中来解决此问题。德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram 教授提到锂硫电池的性能与电极孔隙率密切相关。目前,一项深入的研究表明,优化孔隙率可以提高锂硫电池的能量密度。过去使用大量的电解质和少量的硫(电解质/硫(E / S)比通常大于20μl mg–1)来增强氧化还原动力学。但是,随后意识到,大量的碳和电解质会导致电池中大部分非活动或“死”重量,严重降低了能量密度。为了实现实际上可接受的能量密度,应构建硫载量和E/S比分别> 5mg cm–2和<5μl mg-1的电池。而孔隙度作为一个关键参数,决定了正极被电解质饱和的程度。控制孔隙率提供了一种控制E/S比的方法,从而可以改善能量密度。

该论文作者为:Arumugam Manthiram, Amruth Bhargav

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标题:Less pore equals more

期刊信息:Nature Energy,2019, 4, pp 908-909, DOI:. 10.1038/s41560-019-0495-y

文章类型:News & Views

 

 

Nature Energy导读-2019年10月刊.

锂金属固态电池需要更多的外部压力

 

在锂金属固态电池的发展过程中,理解锂金属剥离和沉积等基本过程的机理是至关重要的。现在,密歇根大学的Jeff Sakamoto教授提到,研究人员发现Li剥离与有压力有关,建议使用更高的压力以加快放电速度。

该论文作者为:Jeff Sakamoto

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标题:More pressure needed

期刊信息:

Nature Energy,2019, 4, pp 827-828, DOI: 10.1038/s41560-019-0478-z.

文章类型:News & Views

 

 

Nature Energy导读-2019年8月刊.

无负极金属锂电池

 

一个商用锂离子电池通常由多个电池堆组成;每个电池由正极集流体、正极、隔膜、负极和负极集流体组成,并浸泡在液体电解质中。然而,一个主要挑战是, 在初始循环之后,锂金属负极中锂的嵌入/脱嵌效率(库伦效率)也通常远低于99%,这导致可循环性差。而石墨负极在首圈循环之后锂的嵌入/脱嵌的库伦效率大于99.99%。因此,在锂金属电池中通常使用过量的锂负极。由于锂金属的高反应性,这不仅增加了电池的体积和成本,而且会引起安全隐患。西北太平洋国家实验室张继光博士提到,加拿大达尔豪斯大学的Jeff Dahn于Long cycle life and dendrite-free lithium morphology in anode-free lithium pouch cells enabled by a dual-salt liquid electrolyte文章中发现使用LiDFOB/LiBF4双盐液态电解质的无负极锂金属软包电池循环90周后仍能够保持高达80%的容量保持率,这种在初始状态下无负极电池被证明是有希望的实际应用。

该论文作者为:Ji-Guang Zhang

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标题:Anode-less

期刊信息:Nature Energy,2019, 4, pp 637-638, DOI: 10.1038/s41560-019-0449-4.

文章类型:News & Views