2017上半年鋰電池前沿綜述精選

 　　2017上半年鋰電池前沿綜述精選

　　考慮到電池的高能量密度、高電壓、原料和制備工藝的低成本等優點，鋰離子電池及下一代鋰電池(鋰硫電池、鋰空氣電池)的相關材料制備仍然是現階段儲能材料的研究熱點。本文精選了2017上半年度包括“金屬鋰負極”，“ 用于可充電鋰電池的基于二維納米材料的分層結構”，“ 用于鋰硫電池的納米金屬氧化物和硫化物”，“ 多孔一維納米材料的設計、制備及電化學儲能應用”，“ 有關鋰電池化學反應中的固態電解質”等鋰離子電池相關的前沿綜述，內容Rio豐富~

　　1. Nature Nanotechnology: 用于高能電池的金屬鋰負極的復興!

　　鋰離子電池對人們的日常生活產生了深遠的影響，商業化的使用碳負極的鋰離子電池現已基本接近其理論容量，難以滿足便攜電子設備、電動汽車和大規模能量存儲等方面越來越高的應用要求。在可用作鋰電池負極的材料中，金屬鋰具有最大的理論能量密度(3860 mAh g−1或2061 mAh cm−3)和最低的電化學勢(相對于標準氫電極為-3.04 V)，是下一代高能鋰電池如Li-S和Li-空氣電池的負極材料的最佳選擇。然而，金屬鋰負極在實際應用中易生成枝晶，解決安全性和穩定性的問題是當前金屬鋰負極研究的重點。斯坦福大學材料科學與工程系的崔屹教授(通訊作者)等人在Nature Nanotechnology發表了題為“Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries”的綜述，首次系統總結了當前對于金屬鋰負極的理解，強調了近期在材料設計和先進表征方法上的重大進展，并且為金屬鋰負極未來的研究方向提供了參考。

　　文獻鏈接：Reviving the lithium metal anode for high-energy batteries(Nat. Nanotechnol., 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2017.16)

　　材料牛詳戳：崔屹Nature子刊最新綜述：用于高能電池的金屬鋰負極的復興!

　　2.Advanced Energy Materials：基于二維納米材料的分層結構用于可充電鋰電池

　　二維(2D)納米材料(即石墨烯及其衍生物，過渡金屬氧化物和過渡金屬二硫族元素)在能量儲存應用中受到很多關注，因為它們具有前所未有的性質和極大的多樣性。然而，它們在電極制造過程中的重新堆疊或聚集極大地阻礙了其在可再充電鋰電池中的進一步開發和應用。最近，基于2D納米材料的合理設計的分級結構已經成為可再充電鋰電池應用中有前景的候選者。研究人員已經開發出許多合成策略來獲得分級結構，并且已經實現了基于這些層次結構的高性能儲能裝置。東北師范大學的謝海明教授和清華大學的李景虹教授(共同通訊)等人在Advanced Energy Materials上發表了題為“Hierarchical Structures Based on Two-Dimensional Nanomaterials for Rechargeable Lithium Batteries”的綜述，文章總結了三維(3D)多孔網絡納米結構，中空納米結構和自支撐納米陣列三種層次結構的合成和特點，提出了分級結構納米材料作為鋰離子電池、鋰硫電池和鋰空氣電池的功能材料的代表性應用，特別是結構工程與電化學性能改善之間的關系，并提出這個快速發展的領域現有的挑戰和前景。

　　文獻鏈接：Hierarchical Structures Based on Two-Dimensional Nanomaterials for Rechargeable Lithium Batteries(Adv. Energy Mater.，2017，DOI: 10.1002/aenm.201601906)

　　3. Advanced Materials：用于鋰硫電池的納米金屬氧化物和硫化物

　　具有高能量密度和較長循環壽命的鋰硫(Li-S)電池被認為是常規鋰離子電池之外最有前景的下一代儲能系統之一。 研究人員已經提出了各種方法來打破Li-S電池系統的技術障礙。武漢理工大學麥立強教授和清華大學張強副教授(共同通訊作者)課題組在國際頂尖期刊Advanced Materials上聯合發表了題為”Nanostructured Metal Oxides and Sulfides for Lithium–Sulfur Batteries”的綜述文章。該綜述詳細報道了最近納米結構金屬氧化物和硫化物用于增強硫利用率和電池壽命的文獻，探討了金屬氧化物/硫化物主體材料的內部特性和電化學性能，以及以上材料在固態硫正極、隔膜或隔層、鋰金屬負極保護、鋰聚硫化物電池中的使用，最后作出了對鋰硫電池未來發展的展望。

　　文獻鏈接：Nanostructured Metal Oxides and Sulfides for Lithium–Sulfur Batteries(Adv.Mater.2017,DOI: 10.1002/adma.201601759)

　　材料牛詳戳：麥立強&張強AM綜述：用于鋰硫電池的納米金屬氧化物和硫化物

　　4.Advanced Materials：多孔一維納米材料的設計、制備及電化學儲能應用

　　電化學儲能(energy storage)技術對便攜式電子器件、交通輸運以及大型儲能系統都是至關重要的。而多孔一維納米材料(porous one-dimensional nanomaterials)結合了一維納米結構和多孔構造的優勢，極大地促進了電化學儲能領域的發展。不久前，武漢理工大學的麥立強教授和加州大學洛杉磯分校的Bruce Dunn教授(共同通訊)等人在頂尖期刊Advanced Materials上聯合發表了題為”Porous One-Dimensional Nanomaterials: Design, Fabrication and Applications in Electrochemical Energy Storage”的綜述文章。該篇綜述非常詳實地描述了多孔一維納米結構、制備以及電化學儲能應用，并且討論了未來的發展方向。

　　文獻鏈接：Porous One-Dimensional Nanomaterials: Design, Fabrication and Applications in Electrochemical Energy Storage (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201602300)

　　材料牛詳戳：麥立強AM最新綜述：多孔一維納米材料的設計、制備及電化學儲能應用

　　5. Advanced Materials：復雜中空結構的可控合成及其在能源存儲與轉換中的應用

　　復雜的中空結構(intricate hollow structures)由于其獨特的結構特征，迷人的理化性質和廣泛的應用領域極大地吸引了科研工作者的興趣。最近，武漢理工大學的麥立強教授和周亮教授(共同通訊)等人在著名材料類期刊Advanced Materials上發表了題為“Intricate Hollow Structures: Controlled Synthesis and Applications in Energy Storage and Conversion”的綜述文章。這篇綜述主要從復雜的中空結構可控合成方法及其在能源存儲與轉換中的應用這兩方面回顧了復雜中空納米結構的研究進展，主要對其合成方法論做了一個詳細的分類和講解。

　　文獻鏈接：Intricate Hollow Structures: Controlled Synthesis and Applications in Energy Storage and Conversion (Adv. Mater., 2017, DOI: 10.1002/adma.201602914)

　　材料牛詳戳：麥立強AM最新綜述：復雜中空結構的可控合成及其在能源存儲與轉換中的應用

　　6.Nano Energy：全固態可充電鋰電池最新進展

　　化學電池在能量的存儲和轉換等方面發揮著重要作用。目前鋰離子電池由于其相對較高的能量密度而被認為是最有前景的一類電池。傳統的鋰離子電池通常使用離子電導率相對較高的有機液體電解質，但是存在著安全性差、壽命較短、能量密度低等一系列缺點。相比于使用液體電解質的鋰離子電池，使用不可燃的固體電解質的全固態鋰電池則可以避免這些問題，因而正受到世界范圍研究者們廣泛的關注。而電極/電解質界面問題是全固態鋰電池所面臨的挑戰，嚴重阻礙了其發展和應用。中科院北京納米能源與系統研究所孫春文研究員(通訊作者)、中南大學劉晉教授和上海大學張久俊教授(共同通訊)等在能源領域著名期刊Nano Energy上發表了題為“Recent advances in all-solid-state rechargeable lithium batteries”的綜述，系統總結了全固態鋰電池的最新研究進展和產業化進程，重點討論了固體電解質和電極/電解質界面存在的問題以及現有的解決方法，為全固態鋰電池未來的研究方向和新型固體電解質材料以及電池結構設計等方面的研究提供了參考。