锂电池百篇论文点评（202...1—2022.11.30）_田孟羽.pdf

第 12 卷 第 1 期2023 年 1 月Vol.12 No.1Jan.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology锂电池百篇论文点评（2022.10.012022.11.30）田孟羽，武怿达，郝峻丰，朱璟，岑官骏，乔荣涵，申晓宇，季洪祥，金周，詹元杰，闫勇，贲留斌，俞海龙，刘燕燕，黄学杰（中国科学院物理研究所，北京 100190）摘要：该文是一篇近两个月的锂电池文献评述，以“lithium”和“battery*”为关键词检索了Web of Science从2022年10月1日至2022年11月30日上线的锂电池研究论文，共有3301篇，选择其中100篇加以评论。正极材料的研究主要集中在对高镍三元和尖晶石镍锰酸锂的表面改性和体相掺杂，及其在长循环过程中或高电压下所发生的表面和体相的结构演变。硅基复合负极材料的研究包括材料制备和对电极结构的优化以缓冲体积变化，并重点关注了功能性黏结剂的应用。金属锂负极的研究包含金属锂的表面修饰和无负极金属锂电池。固态电解质的研究主要包括对硫化物固态电解质、氧化物固态电解质、聚合物固态电解质以及复合固态电解质的结构设计以及相关性能研究。其他电解液和添加剂的研究则主要包括不同电解质和溶剂对各类电池材料体系适配的研究，以及对新的功能性添加剂的探索。固态电池方向更多关注正极中离子、电子传输能力的提升。锂硫电池的研究重点是提高硫正极的活性，抑制“穿梭”效应。测试技术涵盖了锂沉积和硅负极演化等方面。电池工艺相关的研究工作侧重于电极极片制作和浆料的特性。关键词：锂电池；正极材料；负极材料；固体电解质；电池技术doi：10.19799/ki.2095-4239.2022.0756 中图分类号：TM 911 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2023）01-1-15Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries（Oct.1，2022 to Nov.30，2022）TIAN Mengyu,WU Yida,HAO Junfeng,ZHU Jing,CEN Guanjun,QIAO Ronghan,SHEN Xiaoyu,JI Hongxiang,JIN Zhou,ZHAN Yuanjie,YAN Yong,BEN Liubin,YU Hailong,LIU Yanyan,HUANG Xuejie(Institute of Physics,Chinese Academy of Sciences,Beijing 100190,China)Abstract:This bimonthly review paper highlights 100 recent published papers on lithium batteries.We searched the Web of Science and found 3301 papers online from Oct.1,2022 to Nov.30,2022.100 of them were selected to be highlighted.High-nickel ternary layered and LNMO spinel cathode materials are still under extensive investigations of the influences of doping and interface modifications on their electrochemical performances and surface and bulk evolution of structures under prolong cycling.For alloying mechanism anode materials,such as silicon-based composite materials,many researchers pay attention to material preparation and optimization of electrode structure to buffer volume changes,and emphasize the application of functional binders.Large efforts were devoted to design the three-dimensional structure electrode,interface modification,and inhomogeneity plating of traditional lithium metal anode and anode-free 热点点评收稿日期：2022-12-19。第一作者：田孟羽（1996），男，博士研究生，研究方向为锂离子电池正极加锂材料和高容量负极材料界面问题，E-mail：；通讯作者：黄学杰，研究员，研究方向为锂二次电池及关键材料，E-mail：。2023 年第 12 卷储能科学与技术lithium metal battery.The researches of solid-state electrolytes are mainly focused on structure design and related performance in sulfide based-,oxide based-,polymer based-solid-state electrolytes and its composites,whereas liquid electrolytes and additives are improved by the optimal design of solvents and lithium salts for different battery systems and adding novel functional additives.For solid-state batteries,the studies are mainly focused on the improvement of ionic and electronic conductivity in cathodes.To suppress the“shuttle effect”and activate sulfur of Li-S battery,composite sulfur cathode with high ion/electron conductive matrix and functional binders are studied.There are a few papers for the characterization techniques are on lithium deposition and volume change of silicon-based anode materials,etc.Furthermore,several research works related to battery technology are done to understand the fabrication of electrode and the properties of slurry.Keywords:lithium batteries;cathode material;anode material;solid state electrolyte;battery technology1 正极材料1.1层状氧化物材料Gao 等1通过使用 0.4 T 大小的磁场对单晶LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2正极材料进行改性处理，改性后的材料晶体方向得到了调整，能够最优化锂离子的传输路径，改性后材料的倍率性能得到了明显的提升，在10 C电流下，由原始材料115.88 mAh/g的比容量提升到了130.77 mAh/g。Meng等2使用梯度W掺杂对富锂材料Li1.2Mn0.56Ni0.16Co0.08O2(LLMO)进行改性，一方面形成了L2WO4包覆层，保护了材料的表面，另一方面部分W取代了Mn，稳定了材料的整体结构，改性后的材料经软包电池测试，展现出了超高的能量密度(318 Wh/kg)以及良好的循环稳定性(1 C循环500周，容量保持率为87.7%)。Tan等3系统地研究了LiNi0.94Mn0.04Al0.02O2在固态烧结过程中的结构演变、价态变化以及杂相的产生过程。在第一阶段，500 之前，氢氧化锂和过渡金属氢氧化物发生反应的温度要远低于预期；第二阶段，500800，(003)/(104)峰强度比加大，材料锂镍混排度明显下降；第三阶段，800 以上，材料表面出现了岩盐相，一次颗粒粒径进一步变大。Liu等4对循环失效的多晶LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2进行重新锂化并配合共融盐进行高温烧结，从而使其形成单晶LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2材料。再生单晶NCM622在石墨全电池测试中，在2.54.35 V、倍率1 C条件下、循环800次后，容量保持率为 85.24%。Oh 等5研究了电池过充对于LiCoO2正极材料的影响，发现在过充条件下，会导致相的不均匀性，从而形成层状和氧化钴相，并导致LiCoO2结构中出现“twin-like”变形，材料在形成氧化钴的区域附近出现了不同寻常的裂纹，并在裂纹的附近发现了大范围的表面结构变化。Wang等6同时使用元素Y和Al对高镍层状正极材料进行改性，其中Y对材料表面氧进行稳固，Al对材料体相氧进行稳固，两者共同作用下实现了材料稳定的氧框架，从而极大地改善了材料的电化学性能。1.2其他正极材料Mahara等7在对岩盐结构正极Li1.12Mn0.74O1.60F0.40研究过程中，通过多种表征手段，对材料的宏观和微观尺度结构变化进行观察，发现部分的F可以起到抑制材料发生尖晶石转变的作用。Akiyoshi等8设计出一维柱状有机正极材料：双吡嗪并喹喔啉(Hexaazatriphenylene，HAT)及其衍生物HATCNOC2、HATCNO-hex和HATCNOC-poly。HATCNOC2的一维柱状结构间的空隙可以让锂离子快速移动，在500 mA/g下初始放电容量为353.3 mAh/g，HATCNO-hex由于加入了长的烷基链导致在电解质的溶解度增加，容量保持率降低。由HATCNO-hex中的烷烃复分解后得到的HATCNOC-poly由于柱状结构间空隙的缺失使得锂离子传输受阻，在500 mA/g下初始放电容量密度为188.5 mAh/g。Chen等9设计出一种锂离子一次电池正极材料1，5-二硝基萘，相比传统有机正极材料的单电子反应，该材料通过将两个硝基氧化为两个氨基来提供6六个电子，有着比肩无机正极的比容量1338 mAh/g和能量密度3273 Wh/kg。Yoon等10研究了铝表面钝化层的成分和形态演2第 1 期田孟羽等：锂电池百篇论文点评（2022.10.012022.11.30）变。Al原生氧化层的Al3+和F离子通量对钝化膜的形成和抑制进一步腐蚀起着至关重要的作用，而在高温下长期循环过程中离子的持续扩散降低了膜的钝化能力。Al表面的人工扩散阻挡层可有效地抑制离子通量，提高 LiNi0.5Mn1.5O4的循环性。Zhang等11在LiNi0.5Mn1.5O4表面磁控溅射LiF，并在电解质中加入LiPO2F2作为添加剂，并与高浓度锂盐电解质(HCE)的性能和形成的CEI进行对比。结果表明，制备的CEI膜比HCE制备的CEI膜具有更好的机械强度和附着力，且具有较好的动力学和循环稳定性，与HCE的性能相当。2 负极材料2.1硅基负极材料Trofimov等12探讨了聚偏氟乙烯(PVDF)