鋰電池的關鍵材料和能量密度分析

最近，相關研究團隊提出了一種基于表面納米精度的限域相變提升電極材料穩(wěn)定性的機制：基于可控的表面高溫固相反應，引入鋅離子促進鎳錳酸鋰的表面尖晶石結構轉變?yōu)轭悗r鹽相、層狀相兩者的復合構型，精確調控兩相比例，在不犧牲材料電化學活性的前提下提升了材料的結構穩(wěn)定性。這種特殊的表面相態(tài)調控機制能夠克服常規(guī)表面惰性包覆方式對電荷傳輸的損害，為基于電極材料自身表面化學特性調控，獲得兼具高容量、高穩(wěn)定性的關鍵電極材料供應了新的手段和機制，相關工作發(fā)表在（J.Am.Chem.Soc.2019,141,4900-4907）。

為何大家會談氫色變

其實燃料動力電池汽車并不是氫第一次使用在人類的交通工具上，早在上世紀四十年代，德國人就在巨型客運飛艇上使用了氫氣，但氫氣在那時并非作為燃料，而是填充在整個飛艇中充當浮升氣體而存在。著名的興登堡號飛艇，是人類歷史上生產的最長的飛行器，它的存在曾經是當時德國的驕傲，并且在1936年柏林奧運會上投入到宣傳活動中。

研究人員證明了使用靜電紡絲技術制造嵌入MOF顆粒作為有效陰離子吸附劑的復合材料隔膜。電解質中的陰離子與MOF顆粒的OMS的絡合改善了tLi+和Li+電導率。同時，多孔的復合隔膜減少了電解質的分解并促進了電極表面的動力學反應，在電解質和電極之間出現了更穩(wěn)定的界面。這種復合隔膜的應用可以顯著改善電池性能并延長電池的循環(huán)壽命，從而為設計下一代的鋰離子電池供應新的策略。在傳統鋰離子電池中應用這種復合隔膜可顯著提高倍率性能和循環(huán)壽命，為高性能鋰離子電池供應了新的前景。

鋰離子電池中的隔膜被用作電解質的儲存器，具有控制離子傳輸的用途并顯著影響著電池性能。聚合物隔膜（聚丙烯（PP）或聚乙烯（PE）），因具有優(yōu)異的電化學穩(wěn)定性和機械性能，通常被用作鋰離子電池的隔膜。已有大量研究工作致力于供應具有各種功能的隔膜，使其可以抑制鋰枝晶上升，減輕多硫化物的分解，或改善隔膜的熱穩(wěn)定性。例如，含有親水聚合物或有序納米級結構的隔膜可被用于改善電解質吸附性并減少枝晶的形成。石墨烯和金屬氧化物也被涂在隔膜上用于減輕了多硫化物在鋰-硫電池中的穿梭效應。諸如羥基磷灰石和聚酰亞胺等耐火材料也被用于解決可燃性問題。諸如SiO2，Al2O3和ZrO2的陶瓷顆粒也被摻入聚烯烴隔膜中，用于改善電解質的潤濕性和隔膜的熱穩(wěn)定性以及機械性能。然而，這種功能化隔膜仍然缺乏調控離子傳輸過程的能力，仍表現出較低的的tLi+。盡管有部分報道例如磺化共聚物與隔膜結合用以改善tLi+，但是這種隔膜通常受隔膜中低鋰離子濃度的限制，從而表現出較低的鋰離子傳導性。