锂离子电池界面膜形成功能分子的研究现状*

本文综述了锂离子电池正、负极嵌锂材料/电解质界面膜形成功能分子的研究现状。在总结负极界面膜形成机理的基础上,根据成膜功能分子形成SEI膜的不同机理,从饰膜机制和成膜机制两个方面对现有成膜功能分子的作用效果进行了综述与评价,提出了现有SEI膜形成功能分子的不足及所面临的问题。此外,简单阐述了正极界面膜的形成机制以及正极界面膜形成功能分子的研究进展。文章最后简单综述了理论计算方法在锂离子电池界面膜研究中的应用,并对其在设计新型成膜功能分子的应用前景进行了展望。     

丁磺酸内酯对锂离子电池性能及负极界面的影响

用循环伏安(CV)、电化学阻抗谱(EIS)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)及理论计算等方法研究了添加剂丁磺酸内酯(BS)对锂离子电池负极界面性质的影响. 研究表明, 在初次循环过程中, BS具有较低的最低空轨道能量, 优先于溶剂在石墨电极上还原分解, 并形成固体电解质相界面膜(SEI膜). 在含BS的电解液中形成的SEI膜的热稳定性高, 在70 ℃下储存24 h后, 膜电阻和电荷迁移电阻大小基本保持不变, 而在不含BS的电解液中形成的SEI膜的热稳定性较差, 在70 ℃下储存24 h后, 膜电阻和电荷迁移电阻大小有明显的增加. 从BS对锂离子电池电化学性能影响的研究表明, 加入少量的BS能够显著提高锂离子电池的室温放电容量、低温及高温储存放电性能.     

石墨负极电化学扫描循环过程的EIS、Raman光谱和XRD研究

运用电化学阻抗谱(EIS)、Raman光谱和XRD研究了石墨负极在1 mol/L LiPF6-EC∶DEC∶DMC电解液中的电化学循环扫描过程. EIS研究结果表明, 在电化学循环扫描4~10周范围内, SEI膜(固体电解质相界面膜)电阻随循环扫描周数增加近似线性增长, 但石墨负极/电解液界面总阻抗由于电荷传递电阻的降低而减小. Raman光谱研究结果表明, 在经历电化学循环扫描后, 活性材料表层发生粉化和无定形化, 石墨化程度降低; 但XRD研究结果显示, 石墨材料的本体结构没有发生变化, 仍然保持着完整的石墨层状结构.     

锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI)研究进展

本文综述了锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI膜)的研究进展.在总结SEI膜的形成机理及模型的基础上,讨论了对SEI膜可能的影响因素及其改性方法,以及各种表征技术、特别是原位分析技术在SEI膜研究中的实际应用.指出在今后的研究中,正极表面与电解液间的界面膜,以及引入水溶性粘合剂体系后正负极表面与电解液间的相互作用将成为人们关注的热点。     

磷酸三甲酯和碳酸亚乙烯酯对锂离子电池的复合作用

应用循环伏安、交流阻抗、扫描电子显微镜和锂离子电池性能检测装置研究了阻燃添加剂磷酸三甲酯(TMP)和成膜添加剂碳酸亚乙烯酯(VC)对锂离子电池的复合作用.结果表明,复合使用TMP和VC不仅能提高电池的安全性而且能改善电池的循环性能,原因可能是在电池首次充放电过程中VC优先还原,还原产物在负极表面聚合形成良好的SEI膜,有效地制约了因TMP在石墨负极表面的分解而造成负极石墨的脱落,同时提高了SEI膜的稳定性.     

钾离子电池用Sb基负极材料研究进展

Sb基材料因具有理论容量高、储量丰富、来源广泛、环境友好和安全性高等优势已成为颇具前景的钾离子电池负极材料。但Sb基材料普遍面临结构稳定性较差、动力学迟缓、导电性差等棘手问题,在进行钾离子脱嵌时,材料结构变化大,粉化严重,造成容量衰减过快,仅能获得较差的循环稳定性。此外,固体电解质界面膜(SEI膜)的稳定性也极大地影响着Sb基材料的循环性能。这些问题严重阻碍了Sb基材料发展的脚步。本文归纳了各类Sb基材料的研究进展,重点介绍了通过调控材料结构以及调节电解液体系对电化学性能的影响,对高性能钾离子电池Sb基负极材料的设计做出了展望。     

电化学阻抗谱法研究Cu6Sn5合金负极相变过程

以粗糙铜箔为基底, 采用一步电沉积法获得Cu-Sn合金, X射线衍射(XRD)测试结果显示其主要为Cu6Sn5合金相. 扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明该合金表面由大量“小岛”组成, 且每个“小岛”上存在大量纳米合金粒子. 充放电测试结果表明, 以该合金为锂离子电池负极, 其初始放电(嵌锂)和充电(脱锂)容量分别为461和405 mAh•g－1. 电化学阻抗谱测试结果显示, Cu6Sn5合金电极在阴极极化过程中分别出现了代表固体电解质界面膜(SEI膜)阻抗、电荷传递阻抗和相变阻抗的圆弧, 并详细分析了它们的变化规律.     

电化学阻抗谱法研究Cu_6Sn_5合金负极相变过程

以粗糙铜箔为基底,采用一步电沉积法获得Cu-Sn合金,X射线衍射(XRD)测试结果显示其主要为Cu6Sn5合金相.扫描电子显微镜(SEM)测试结果表明该合金表面由大量"小岛"组成,且每个"小岛"上存在大量纳米合金粒子.充放电测试结果表明,以该合金为锂离子电池负极,其初始放电(嵌锂)和充电(脱锂)容量分别为461和405 mAh·g-1.电化学阻抗谱测试结果显示,Cu6Sn5合金电极在阴极极化过程中分别出现了代表固体电解质界面膜(SEI膜)阻抗、电荷传递阻抗和相变阻抗的圆弧,并详细分析了它们的变化规律.     

锂离子电池硅氧化物负极首次库伦效率的影响因素与提升策略

硅氧化物(SiO_x, 0<x≤2)具有高的比容量和低的嵌锂电位, 且体积膨胀率显著低于纯硅负极, 因而被认为是替代传统石墨负极材料的理想选择之一. 然而SiO_x负极在首次嵌锂过程中表面形成的固体电解质界面膜(SEI)以及大量的不可逆产物, 造成其首次库伦效率偏低, 严重阻碍了SiO_x负极的实际应用. 本文从SiO_x的结构模型出发, 系统阐述了SiO_x负极的嵌锂机理以及首次库伦效率低的原因; 归纳了SiO_x负极首次库伦效率的提升策略及其研究进展; 并对提升SiO_x负极首次库伦效率的未来发展方向进行了展望.     

功能化固态电解质膜改性锂金属负极的研究进展

对高比能量锂离子电池需求的不断增加激发了锂金属负极的应用研究。锂金属具有高放电比容量(3860 mAh·g^?1),低电极电位(?3.04 V),是锂离子电池的理想负极材料。然而,锂金属在循环过程中会形成不稳定的固态电解质(SEI)膜,而且会生成枝晶,枝晶的生长会引发电池短路等安全问题,极大地阻碍了其应用。理想的SEI膜应具有良好的锂离子传导性、表面电子绝缘性和机械强度,可调控锂离子在表面均匀沉积,促进离子传输,抑制枝晶生长,因此构筑功能化SEI膜是解决锂金属负极所面临挑战的一项有效策略。本综述以锂金属枝晶形成和生长的机理为出发点,分析总结SEI膜的构建策略、不同组成SEI膜的结构和功能特性及其对锂金属负极性能的影响,并对锂金属实用化面临的挑战及未来发展方向进行了展望。