锂电池百篇论文点评（202....1—2023.1.31）_申晓宇.pdf

第 12 卷 第 3 期2023 年 3 月Vol.12 No.3Mar.2023储能科学与技术Energy Storage Science and Technology锂电池百篇论文点评（2022.12.12023.1.31）申晓宇，朱璟，岑官骏，乔荣涵，郝峻丰，田孟羽，季洪祥，金周，武怿达，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12月1日至2023年1月31日上线的锂电池研究论文，共有3084篇，选择其中100篇加以评论。正极材料的研究包括高镍三元材料、镍酸锂和镍锰酸锂的掺杂改性和表面包覆层来稳定结构及抑制界面副反应。负极材料的研究重点包括硅基负极材料、金属锂负极和无负极技术。其中硅基负极材料的相关研究集中在通过表面包覆、界面构建和开发新黏结剂体系来缓解体积膨胀问题。金属锂负极和无负极集流体的界面构筑受到重点关注和研究。固态电解质的研究内容主要包括对硫化物固态电解质、聚合物固态电解质与硫化物-聚合物复合电解质相关的合成、电解质薄膜制备以及电解质-电极界面构筑。液态电解质方面的研究集中在使用添加剂进行电解质-电极界面设计和调控。针对固态电池、正极材料的表面包覆、复合正极制备以及锂枝晶及界面副反应抑制有多篇文献报道。其他电池技术主要偏重液态锂硫电池正极设计。表征分析涵盖了化学成分和电池失效分析、锂除沉积行为和负极SEI。理论模拟工作涉及电池性能预测和电解质设计。电池中电解质与正负极的界面受到重点关注。关键词：锂电池；正极材料；负极材料；电解质；固态电池doi：10.19799/ki.2095-4239.2023.0096 中图分类号：TM 911 文献标志码：A 文章编号：2095-4239（2023）03-639-15Reviews of selected 100 recent papers for lithium batteries（Dec.1，2022 to Jan.31，2023）SHEN Xiaoyu,ZHU Jing,CEN Guanjun,QIAO Ronghan,HAO Junfeg,TIAN Mengyu,JI Hongxiang,JIN Zhou,WU Yida,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 3084 papers online from Dec.1,2022 to Jan.31,2023.100 of them were selected to be highlighted.High-nickel ternary layered oxides,LiNiO2 and LiNi0.5Mn1.5O4 as cathode materials are included in the investigations for doping and surface coating to stabilize crystal structural and suppress interface side reactions.For anode,investigations mainly focus on Si-based anode,lithium metal and anode-free technology.Meanwhile,the surface coating,interface construction and binder design draw much interest to relieve the volume expansion of Si-based anode.The interface engineering of Li metal and anode-free collector has been widely studied.Researches for 热点点评收稿日期：2023-02-23。第一作者：申晓宇（1996），男，博士研究生，研究方向为高能量密度锂二次电池正极和全固态锂电池，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solid state electrolyte including sulfide,polymer and composite electrolyte,emphasize the synthesis process,electrolyte film preparation and electrolyte-electrode interface construction.While large efforts are still devoted to liquid electrolytes for the electrolyte-electrode interface design and regulation using additives.For solid-state batteries,there are a few papers related to the surface coating,design of composite cathode and inhibition of Li dendrite and side reactions.Other relevant works are also presented to the cathode design of lithium sulfur battery.The characterization techniques are focused on chemical component measurement,battery failure analysis,lithium deposition behavior and SEI.Theoretical simulations are directed to battery performance prediction and electrolyte design.The interfaces of electrolyte/electrodes are also drawn large attentions.Keywords:lithium batteries;cathode material;anode material;solid state electrolyte;solid state batteries1 正极材料1.1层状氧化物正极材料Cheng等1针对单晶高镍层状正极材料中迟滞的锂离子扩散行为，使用Zr离子对高镍材料进行掺杂，形成具有高(010)面的正极材料，明显提高了材料的动力学性能。经电化学测试，改性后的材料在10 C的超高倍率下，仍能保持121.4 mAh/g的高比容量。Wang等2使用Al、B共掺杂LiNi0.9Co0.05Mn0.05O2(NCM90)正极材料，其中B元素掺杂可提高材料的倍率性能，Al元素形成的AlO可以有效地缓解晶格氧的脱出，保证材料的结构稳定性。经电化学测试，改性后的材料在100周循环后仍有176 mAh/g的比容量，而未改性的材料在百周循环后只有101 mAh/g的比容量，因此Al、B元素共掺杂有效地提高了NCM90正极材料的电化学性能。Tan等3使用Li0.35La0.55TiO3(LLTO)层对富镍正极材料进行修饰，形成层状尖晶石钙钛矿异质结构，并对改性后的材料进行电化学测试。测试结果表明，改性后的材料在100周的容量保持率达到了94.6%，而未改性的层状材料在相同的条件下100周容量保持率仅有 79.8%，同时改性后的材料在4.6 V的高截止电压下也保持了较高的循环稳定性。Ober等4使用Nb元素对LiNiO2正极材料进行改性，发现铌改性可形成保护屏障，抑制与电解质的副反应，特别是晶格Ni4+对电解质的氧化。并且该保护层通过抑制晶粒生长，抑制阻性岩盐相的形成，并提供具有优异Li+迁移率的LixNbOy相，在微观结构水平上改善了锂扩散动力学。此外，表面微脱锂相的预形成可能起到抑制阳离子混排的作用。因此，铌改性有效地提高了LiNiO2的结构稳定性和循环性能。Ryu 等5发现无钴 LiNixMn1-xO2(NM)(x=0.8，0.9)正极材料虽然在高温上循环性能和倍率性能可以和LiNixCoyMn1-x-yO2(NCM)正极材料相媲美，但其低温性能远不如NCM正极材料，层状氧化物正极中Co的缺失导致的阳离子无序不仅阻碍了其Li层中的扩散，而且降低了其离子扩散系数对低温的耐受能力，导致了低温下NM正极材料较差的倍率性能。1.2其他正极材料Lim等6实现了镍锰酸锂在2.34.3 V之间的稳定循环，打破了过去对镍锰酸锂在该低电压段由于姜泰勒效应导致循环不稳定的认知，镍锰酸锂在2.34.9 V之间较差的循环性并不是由其在2.34.3 V的电压段循环较差造成的，而是由镍锰酸锂在2.34.9 V循环的过程中形成的表面盐岩相的不断分解造成的。Courbaron等7首次将超临界流体化学沉积的方法引入了锂电池材料包覆领域，用该方法合成氧化铝包覆的镍锰酸锂材料，相比于未改性的材料，利用氧化铝包覆后的镍锰酸锂材料在高负载下表现出了优异的倍率性能。2 负极材料2.1硅基负极材料Hu等8实现了一种简单、高效、廉价的纯化方法，以减少硅切削料(SCW)中的杂质并暴露其中纳米片的形态，还用HF调节SCW中丰富的原生O，640第 3 期申晓宇等：锂电池百篇论文点评（2022.12.12023.1.31）实现了以无定形SiO2外壳形式对内部Si的机械支撑。具有1.0 nm厚SiO2外壳的硅纳米片在0.8 A/g的条件下，在200次循环后显示出1583.3 mAh/g的可逆容量。分子动力学模拟揭示了在锂化过程中，非晶态SiO2壳层转变为韧性的LixSiOy壳层以消除应力和缓解应变。Lin等9将LiF/Li2CO3的钝化剂加入到微米Si中改善硅负极的电化学性能。通过各种原位表征、氧化还原峰等高线图、厚度演化测试和有限元模拟研究了钝化机理。结果表明，钝化可以促进Li-Si合金的(去)锂化，诱导富F固体电解质界面相的形成，稳定Si/LiF/Li2CO3复合材料，减缓循环过程中Si负极的体积变化。钝化的硅负极在1500 次循环后可以保持 3701 mAh/g 的高容量。Chen等10通过多硫化物与碳酸酯类电解质的亲核反应，在硅表面设计了含硫的人工 SEI 层(S-ARSEI)，极大地缓解了其体积膨胀，改善了Li+的输运性能。经S-ARSEI层涂覆的硅负极在500次循环后，在0.5C下保持1387 mAh/g的可逆比容量，容量保持率为70%，该材料在2 C时具有1200 mAh/g的优异倍率性能。Li等11研究了氧在不同氧含量的SiOx薄膜电极的锂化和固体电解质间相(SEI)形成过程中的作用。结果表明，含氧量越高的SiOx负极体积变化越小，SEI越薄越稳定，有利于循环稳定性。然而，由于硅氧化物的还原，这些SiOx负极也表现出在0.7 V左右的不可逆锂化，导致较低的首周循环库仑效率。Malik等12设计了具有自愈性和高拉伸性能的多功能黏结剂聚二氧噻吩聚丙烯酸植酸