锂电池最新前沿进展

1、利用掺杂Li研究高压尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4中的阳离子有序转变

通过对中子衍射，TEM成像，电化学测试及NMR等数据的测试分析，Junghwa Lee等确定了Li掺杂对高压尖晶石型LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)中Ni/Mn排列的影响。在有序转变前掺杂的Li占据空的正八面体间隙(16c位置)，在转变后移动至正八面体位点(16d(4b)位置)。在16c位置的Li阻挡了有序转变路径，而在16d(4b)位置的Li则与过渡金属产生静电相互作用。因此Li位置的移动对Ni/Mn有序转变有很强的影响。Li掺杂虽然对Mn3+影响不大，但是使Ni/Mn排列的无序性增强。Li掺杂LNMO的有序-无序转变发生在700°C。Li掺杂在对Mn3+电化学性质无负效应的情况下可以调控Ni/Mn的无序性。

2. 钠离子电池层状氧化物阴极的环境稳定界面

钠离子电池对于大规模储能具有极大的战略重要性。层状氧化物尤其是基于Mn的氧化物因为较高的可逆容量和较大的地球丰度而成为普遍使用的阴极材料。但是，极易被忽略的是层状阴极的界面会发生大气腐蚀及电化学腐蚀而使电池的电化学性质减弱。本文将通过提高表面钛浓度来提高界面的环境稳定性，这种方法不仅可以克服前面提到的局限，还可以提供独特的界面化学/电化学性质。研究结果显示在原子尺度的界面是由类尖晶石Ti(III) 氧化物构成的，这种构成增强了结构及电化学稳定性，同时也提高了电子/离子传导率。这一界面修饰的电极表现出优异的循环性质及较高的能量密度。本文的研究结果突显出稳定界面的重要性，并且为钠离子储能的阴极材料修饰提供了思路。

3. 极限温度锂电池材料观察

随着不断增长的储能需求，电池在极端环境下的使用需求也越来越旺盛。尽管已经走在了技术前沿，锂电池的应用通常也是限制在室温，因为使用中电池的内部反应会引起热涨落，而这也是近来消费产品中许多电池爆炸的原因。针对这一问题，通常的做法是改进热量控制。在低温(<20 °C)和高温(>60 °C)状态下锂电池的功能和安全性本质上与它的各组件，如电极、电解液材料和所谓的固态电解质界面相关。本篇综述从材料角度出发尝试解决锂电池耐热性能的问题，涉及的温度范围从−60 °C 到 150 °C。本文对极有前景的阴极材料的结构稳定性，阳极钝化问题，各种电解质的性能，粘合剂和集流体等从热使用性角度进行了比较。这些组件的性能的可改善空间将决定商业锂电池的应用环境的扩展边界。

4. 通过氟代碳酸乙烯酯添加剂测定硅电极上固体电解质界面结构

本文报告了通过对电解质添加剂的调节(氟代碳酸乙烯酯)观测原位硅阳极上固体电解质界面厚度及组成对充电状态及循环的影响。结果表明在开路电压下FEC表面凝结之后在0.9 V (vs. Li/Li+)被还原为具有C-O的聚合形态，得到厚度约50 Å的薄膜。经过锂化SEI的厚度增加到70 Å，并且更加有机化。而去锂化SEI减薄13Å并且由于有LiF生成性质更无机化。这个增厚/减薄的过程随着循环可逆，显示出SEI是一个动态的结构。文章比较了无FEC情况下制成的280Å 厚SEI与添加FEC情况下的SEI的化学性质及厚度，并提出了添加FEC情况下SEI的形成机理。

5. 利用无氟多硫化合物阴极及纳米碳纤维自支撑膜制取高实际容量锂-硫可持续电池

本文报告了一种改善LiS电池容量，降低生产成本，提高可持续性的新方法。这种方法是基于多硫化合物Li2S8电解质构成的半液态阴极和无需粘合的特定形貌的纳米碳纤维膜。阴极的多硫化合物电解质同时具有活性物质和Li+传导提供者两种功能，这种电池中不使用传统的锂盐，并且可以提供最高7 mAh cm−2的区域容量，这一数值是商业锂离子电池(LiBs)的2倍，是目前最前沿的LiS电池的2-4倍。从材料角度来讲，这一电池基于硫和碳元素，完全无氟，无氟盐及任何粘合剂，具有扩大规模的潜质和具有竞争力的价格。这些特性组合起来使得半液态LiS电池极具大规模储能应用的前景。

6. Li2S中超离子态相转变的理论研究

本文对温度诱导的Li2S中超离子态相转变进行了研究，Li2S是一种极有前景的Li-S电池阴极材料。本文分别通过热力学缺陷(利用密度泛函理论计算)和精确平衡条件(利用从头计算分子动力学 AIMD计算)对低温和高温时的离子载体浓度进行估算。通过AIMD模拟还可以得到扩散系数的值。计算所得离子传导率证明超离子在T = 900 K发生相转变，这与已有的实验值相吻合。Li2S超离子特性是由热力学因素决定的，如高浓度的无序缺陷。

原标题:7月《Nature》锂电池最新前沿进展