顶刊动态|AM/EES等锂离子电池近期学术进展【欧洲杯线上买球 周报160613期】

锂离子电池凭借其电压高、无污染和安全性能高等特点得到广泛应用。对于锂电方面的研究成果如雨后春笋，下面就让我们花几分钟了解下最新的进展吧。

1.Energy & Environmental Science：新型高能量密度的锂离子电池

一次充电行驶300英里是电动汽车的基本要求，它需要的动力电池的能量密度是现在广泛使用的LiCoO₂/ graphite锂离子电池能量密度的两倍。来自韩国汉阳大学Joo Hyeong Lee的科研小组报道的一种新型锂离子电池就能满足了要求。

他们通过简单的球磨法制造出他纳米管与Si的复合物作为锂离子电池阳极，不仅带来了相当稳定的循环性能，而且在振实密度为1.103 g cm的条件下提供了2364 mAh g^-1放电容量。阴极材料采用Li[Ni_0.85Co_0.05Mn_0.10]O₂组成的核壳结构，内层的Ni最大程度上提供放电容量，外层的Mn可以热稳定性的保护，最终测得放电容量为221 mAh /g。CNT-Si 复合物阳极和 TSFCG 阴极组成的完整电池中，能量密度为350 Wh /kg，在放电电流为1 C的条件下循环500次依然具有很好的能量保留。

这种最先进的阴极和阳极技术解决了因电池能量密度不足而给电动汽车的推广带来的限制。

原文链接：High-energy-density lithium-ion battery using carbon-nanotube-Si composite anode and compositionally graded Li[Ni_0.85Co_0.05Mn₀₁₀]O₂cathode

2.Advanced Materials :分层组装的碳纳米管在锂离子电池中的应用

柔性电极的制造是当今电子工业最具吸引力的方向之一。由于互联网的发展和直观电子消费产品的刺激使得柔性储能器件的需求进一步发展。虽然近些年的研究取得了一些进展，但是质量体积和硬度大的问题仍然需要对电池结构提出具有创造性的设计去解决。来自剑桥大学工程系制造研究所的课题组的Shahab Ahmad等人通过实验证明可以通过设计碳纳米管的微观结构释放耦合压力，从而实现储能器件具有几号柔韧性的特点。我们使用Fe₂O₃作为阳极 ， LNCO 三元材料作为阴极制作的电极，不但具有很好的柔韧性(耐弯半径达到300 μm)，而且具有2000 mA·h/g的比容量和1 C放电条件下循环500次衰退不到30%的高循环稳定性。

原文链接:Hierarchical Assemblies of Carbon Nanotubes for Ultraflexible Li-Ion Batteries

3.Advanced Materials：一种三维多孔集电极的锂离子电池阳极材料：

提升锂离子电池的能量密度是科学家们长期以来的梦想，在过去的研究中人们用具有更高比容量的硅、镍和一些过渡族金属取代理论容量只有372 mAh/g的石墨作为锂离子电池的阳极材料。除了上述提及的元素，金属锂具有3860 mAh/g的高比容量和很低氧化还原电位，可以直接作为阳极使用，不同的是金属锂阳极不能为锂离子提供寄主空间，锂离子在空间中不受控制容易沉积在阳极附近，导致电极微观的改变和机械性能的降低。

来自深圳石墨烯和碳功能材料重点实验室和清华深圳研究院的课题组的Qinbai Yun等人，使用操作简单成本低廉的脱合金方法，制造出了三维多孔集电极作为锂电池阳极材料，可以有效缓解锂沉积和在锂离子嵌入脱出时造成的体积变化，并抑制锂枝晶的形成，从而形成稳定的电极结构和SEI膜。同时0.5 mA cm^-2的电流密度下循环250 次仍然能保持97% 的库伦效率，1 mA cm^-2放电能达到140次，有效降低了金属锂阳极材料的极化。做成Li|Li@Cu电池时具有1000 h的寿命，当组装成Li@Cu|LiFePO₄时将有希望实现商业化应用。

原文链接:Chemical Dealloying Derived 3D Porous Current Collector for Li Metal Anodes

4.ACS Nano：采用石墨烯和Mn₃O₄组成的高柔韧性二维纳米复合材料作为柔性锂离子电池的阳极

先进柔性电极材料的设计，对于柔性储能器件的发展起着至关重要的作用。

西北工业大学、清华大学和美国特拉华大学的联合研究小组的Jian-Gan Wang等人报道出了一种具有完美的机械柔韧性和储存锂离子的能力的石墨烯/ Mn₃O₄二维纳米复合材料。具有很大面积的层状石墨烯和Mn₃O₄纳米线相互作用组成的二维纳米复合材料，不仅具有良好的抵抗各种机械变形的能力，而且具有很好协同作用去增大电极与电解液的接触面从而降低锂离子的运动阻力。

当它独立的作为柔性锂离子电池阳极材料时，表现出了很好的电化学性质，大容量：整个电极在100 mA/g的电流密度下有802 mAh/g的高比容量，良好的循环性能：在2000 mA/g的电流密度下有308 mAh/g的高比容量，良好的循环稳定性：100次循环后仅衰退13.5%。这种前所未有的电极结构的设计可能会为同时具备良好电化学性能和机械柔韧性的储能器件的应用带来广阔前景。

原文链接：Highly Flexible Graphene/Mn3O4Nanocomposite Membrane as Advanced Anodes for Li-Ion Batteries

5.NANO LETTER：晶粒结构对富锂氧化层嵌入脱出机制的本质影响

以Li⁺从具有电化学活性的寄主材料中嵌入脱出为机理的锂离子电池，是现在应用最广泛的储能器件之一。锂富集的氧化层状材料（LLOs）因为具有比现在广泛应用的LiCoO₂材料高出近两倍的能量密度，有很大希望成为下一代锂离子电池正极材料，然而它的比容量和循环稳定性在广泛应用之前仍然有待提高。然而警惕内部结构和元素表面接触在动力学上的影响尤其是锂富集氧化层和复杂的晶体结构人们了解的并不清楚，北京工业大学和东京大学的Haijun Yu等人对这种复杂结构下晶体内部特征进行研究，并提出了一些新的概念去理解这些化合物的电化学性能。

原文链接：Crystalline Grain Interior Configuration Affects Lithium Migration Kinetics in Li-Rich Layered Oxide

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