来源:Nano Research Energy 发布时间:2022/12/10 10:29:54
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Nano Res. Energy | 北理工黄佳琦/张学强:锂电池的腐蚀机理、定量表征和抑制策略

北京理工大学前沿交叉科学研究院的黄佳琦教授、张学强助理教授在Nano Research Energy上发表题为“Mechanism, quantitative characterization, and inhibition of corrosion in lithium batteries”的综述。

为实现双碳目标,必须持续开发高能量密度、低成本、长寿命的锂电池以作为便携式消费电子和电动汽车等的动力装置。然而,由于电池内部存在多种化学性质的材料,腐蚀反应难以避免。腐蚀将导致活性材料与电解液的损耗,破坏电池稳定性,严重降低电池寿命。因此,了解腐蚀发生的位置、机制,并开发抑制腐蚀的策略对锂电池的发展至关重要。

图1:锂电池的主要腐蚀反应示意图,包括1) 铝集流体、2) 金属锂和3) 不锈钢的腐蚀。

锂电池中主要包括3种腐蚀,分别是铝集流体和不锈钢的电化学腐蚀,以及金属锂的电偶腐蚀。铝集流体和不锈钢的腐蚀是铝和不锈钢与电解液发生化学反应,导致点蚀并加速电池失效。金属锂的电偶腐蚀,是由于锂与铜集流体的接触构成了电偶对,导致锂被氧化而铜表面发生电解液的还原。为了探究腐蚀机制并评价抑制策略的有效性,本文介绍了几种定量研究腐蚀反应的方法,主要针对锂损失的定量分析,分别是原位X射线衍射,原位核磁共振,滴定气相色谱法以及差示扫描量热法。之后,本文分别总结了正极和负极侧抑制腐蚀的策略。为了抑制正极,尤其是铝集流体的腐蚀,电解液的优化和铝集流体的表面处理是两种常规方法。而对于负极侧锂腐蚀的抑制,保护金属锂免受外部环境影响的表面涂层和体相或晶界掺杂来降低固液界面反应动力学是两种可行策略。最后,本文从实用化条件下抑制腐蚀策略有效性、建立腐蚀反应加速评价方法、抑制电偶腐蚀以及新体系电池中腐蚀研究等方面展望了锂电池腐蚀研究中的挑战和空间。

相关论文信息:

Wang Y-Y, Zhang X-Q, Zhou M-Y, et al. Mechanism, quantitative characterization, and inhibition of corrosion in lithium batteries. Nano Research Energy, 2022, https://doi.org/10.26599/NRE.2023.9120046

doi:10.26599/NRE.2023.9120046

Nano Research Energy 是Nano Research姊妹刊,(ISSN: 2791-0091; e-ISSN: 2790-8119; 官网: https://www.sciopen.com/journal/2790-8119)于2022年3月创刊,由清华大学曲良体教授和香港城市大学支春义教授共同担任主编。Nano Research Energy是一本国际化的多学科交叉,全英文开放获取期刊,聚焦纳米材料和纳米科学技术在新型能源相关领域的前沿研究与应用,对标国际顶级能源期刊,致力于发表高水平的原创性研究和综述类论文,已入选2022年度中国科技期刊卓越行动计划——高起点新刊项目。2023年之前免收APC费用,欢迎各位老师踊跃投稿。投稿请联系:NanoResearchEnergy@tup.tsinghua.edu.cn

 
 
 
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