Advanced Energy Materials:让锂离子“听话”的跑起来:调控锂离子传输实现高性能锂金属电池和快速充电锂离子电池

新型电子设备及电动汽车的快速发展要求未来的可充电电池具有高功率、高能量密度、快速充电的性能。获得高能量密度需要新型电极材料的开发应用,如锂金属负极;实现快速充电性能需要改善电池的化学动力学。高性能锂金属电池和快速充电锂离子电池的实现需要分别解决锂枝晶生长和负极析锂的问题,而这些问题一部分是由锂离子在电池体系中的不均匀传输以及传输速度过慢引起的,归根结底和锂离子的传输方式有关。因此调控锂离子在电池体系中的传输方式来实现锂离子的均匀快速传输是解决锂金属负极枝晶生长以及快充电池中负极析锂问题的关键之一。

鉴于此,山东大学前沿交叉科学青岛研究院李国兴教授在Advanced Energy Materials发表了题为“Regulating Mass Transport Behavior for High-Performance Lithium Metal Batteries and Fast-Charging Lithium-Ion Batteries”的综述文章(DOI: 10.1002/aenm.202002891),该文章展示了锂离子传输在电池运行中的重要作用以及其对锂金属沉积和充放电动力学的影响,揭示了锂离子传输调控与电池性能间的关系。同时结合近期在锂金属电池和快速充电锂离子电池领域取得的进展,作者总结了调节锂离子传输的方法,如电动效应、锂键、电极结构/电极修饰、新型负极材料开发、电解液设计以及温度影响,以此进一步阐述如何通过调控锂离子的传输方式来解决锂金属电池中锂枝晶生长及快充电池中负极析锂问题,从而实现高性能的锂金属电池和快速充电锂离子电池。本文同时对将来如何通过调控锂离子的传输提升电池性能提出了展望,并针对电池的每一组成部分分别提出了调控锂离子传输的方法,为未来的研究提供了方向,也进一步加深了我们对电池体系中锂离子传输行为的理解。

离子传输是可充电电池运行过程中的一个重要环节,对离子传输行为的精确调控可以有助于实现稳定锂金属电池和快速充电锂离子电池,加速推动高性能可充电电池领域的发展及实际应用。

作者简介:

李国兴博士,山东大学前沿交叉科学青岛研究院教授,博士生导师。课题组研究方向主要集中于高性能可充电电池、储能材料的研究和开发。以通讯作者和第一作者身份在Nature Energy, Nature Communications, Advanced Energy Materials, ACS Nano, ACS Energy Letters等学术刊物上发表多篇研究论文。成果多次被Materials Today, NPG Asia Materials, NanoTech, Nature China等权威杂志作专题评述,并受到多家媒体及门户网站报道。