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近年來，鋰電池作為一種潛力巨大的儲能器件引起人們廣泛關(guān)注。針對鋰電池的研究方興未艾。由傳統(tǒng)的鋰離子電池到鋰硫電池，鋰空氣電池，固態(tài)電池，鋰電池經(jīng)歷了長足發(fā)展。鋰電池研究方向令人眼花繚亂，本文在鋰離子電池正極，鋰離子電池負(fù)極，鋰空氣電池，鋰硫電池，固態(tài)電池，鋰金屬負(fù)極，鋰離子液流電池等鋰電池發(fā)展的主流方向各選取一到兩篇經(jīng)典綜述文獻(xiàn)，呈現(xiàn)給大家。希望大家能有所收獲！

一、 鋰離子電池

1.Challenges for Rechargeable Li Batteries[1]

電解液能級圖

Goodenough老先生是公認(rèn)的鋰電領(lǐng)域泰山北斗。這篇文獻(xiàn)闡述了老先生看待鋰離子電池的角度，展現(xiàn)了老先生對鋰離子電池理解。以能級為切入點，從最底層開始構(gòu)筑鋰離子電池的基本理念，由基本理念展望鋰離子電池發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)及解決途徑，Goodenough老先生以這種高屋建瓴的方式解讀正極，負(fù)極，電解質(zhì)等鋰離子電池基本要素。這篇文獻(xiàn)將會從根本上解決很多研究者對鋰離子電池知其然而不知其所以然的問題。小編強烈建議讀者精讀此文獻(xiàn)。

2.Lithium Batteries and Cathode Materials[2]

 

三元正極材料的層狀結(jié)構(gòu)

正極材料是制約鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)有的主流正極材料幾乎都是由Goodenough等人開發(fā)，種類有限，發(fā)展緩慢。這篇文獻(xiàn)著眼于鋰離子電池的發(fā)展歷史，總結(jié)了各個時期鋰離子電池正極材料的開發(fā)，從較早的LiV3O8到三元材料，富鋰錳基正極材料，各種正極材料在該文獻(xiàn)中都有涉及。這篇文獻(xiàn)可稱作鋰離子電池正極材料的歷史書。讀這篇文獻(xiàn)有助于讀者把握鋰電正極的發(fā)展脈絡(luò)，開發(fā)更好的正極材料。

3.Recent developments in nanostructured anode materials for rechargeable lithium-ion batteries[3]

鋰離子電池示意圖

相較有限的幾種正極材料，鋰離子電池負(fù)極材料的開發(fā)可謂火熱。從石墨負(fù)極到硅負(fù)極，金屬氧化物負(fù)極等，負(fù)極材料家族得到極大擴展。近年來隨著納米技術(shù)在電池領(lǐng)域的引入，負(fù)極材料的文章更是有了爆發(fā)式增長。這篇文獻(xiàn)展示了納米技術(shù)在各種負(fù)極材料上的應(yīng)用，囊括了碳材料，合金，金屬氧化物，金屬硫化物等負(fù)極的主要方向，全面詳盡。文獻(xiàn)中對各種負(fù)極材料機理的闡述更是讓人眼前一亮。

二、鋰空氣電池

Aprotic and Aqueous Li-O2 Batteries[4]

鋰空氣電池原理

鋰空氣電池具有極高的理論能量密度（放電生成Li2O2 時理論能量密度為3623 Wh/kg），在電動汽車領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用潛力。然而，現(xiàn)在開發(fā)的鋰空氣電池的受限于電解液，催化劑，隔膜等因素，其性能尚未達(dá)到實用化要求。本文聚焦于限制鋰空氣電池性能的各項因素，詳盡描述了有機系，水系鋰空氣電池面臨的種種挑戰(zhàn)。這篇文獻(xiàn)的亮點在于幾乎囊括了鋰空電池領(lǐng)域所有的重要問題。蕭伯納說過：如果科學(xué)家不提出十個問題，也就永遠(yuǎn)不能解決一個問題。如果你想找鋰空氣電池領(lǐng)域的十個問題，這篇文獻(xiàn)不會讓你失望。

三 、鋰硫電池

1.Challenges and Prospects of Lithium Sulfur Batteries[5]

鋰硫電池原理

硫在地球上儲量豐富，由其組裝的鋰硫電池更是具有很高的理論能量密度（∼2600 W h /kg），這為鋰硫電池的未來帶來了極大的想象空間。然而，現(xiàn)有的鋰硫電池在循環(huán)壽命，庫倫效率等方面存在著種種缺陷。哪些因素導(dǎo)致了這些缺陷的產(chǎn)生呢？這篇文獻(xiàn)對鋰硫電池進(jìn)行了庖丁解牛般的分析，從電池材料的設(shè)計，結(jié)構(gòu)，性能出發(fā)，描述了提升鋰硫電池性能的種種途徑。相比其他綜述，這篇文獻(xiàn)更有助于讀者對鋰硫電池有一個全面的概念，找到研究鋰硫電池的切入點。

2.Li–O2 and Li–S batteries with high energy storage[6]

鋰硫電池、鋰空電池示意圖

鋰硫電池，鋰空氣電池在鋰電領(lǐng)域的地位就像武林中的倚天劍，屠龍刀一樣，皆是神兵利器，難分上下。在未來電動汽車的應(yīng)用上誰更勝一籌，大家更是眾說紛紜。這篇文獻(xiàn)的精彩之處在于拿倚天劍對砍屠龍刀，從實用化潛力，電池結(jié)構(gòu)，基本原理，問題挑戰(zhàn)等方面對兩個電池進(jìn)行全面比較。作者理論功底深厚，對兩種電池異同的分析非常詳盡。這篇文獻(xiàn)有助于讀者在宏觀層面把握未來電池的發(fā)展方向，加深對兩種電池的理解。

四、固態(tài)電池

1.Garnet-type solid-state fast Li ion conductors for Li batteries: critical review[7]

石榴石型固態(tài)電解質(zhì)Li5La3M2O12結(jié)構(gòu)

無機固態(tài)電解質(zhì)為鋰電池展現(xiàn)了絕對安全的愿景。石榴石型固態(tài)電解質(zhì)因具有鋰離子電導(dǎo)率高，電化學(xué)窗口寬，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的特點而成為無機固態(tài)電解質(zhì)中的明星成員。對石榴石型無機固態(tài)電解質(zhì)的研究更屢現(xiàn)于NM, JACS, Angew等頂級期刊。這篇文獻(xiàn)對石榴石型固態(tài)電解質(zhì)做了全面“體檢”，詳細(xì)闡述了石榴石型固態(tài)電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)，化學(xué)組成，鋰離子傳導(dǎo)機理，比較了各種元素配比對其電導(dǎo)率的影響。對希望在無機固態(tài)電解質(zhì)研究上發(fā)頂刊的同學(xué)，本文不容錯過。

2.Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries[8]

PAN基無機固態(tài)電解質(zhì)性能比較

固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)鋰電池最關(guān)鍵的組成要素。無機固態(tài)電解質(zhì)，有機固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)研究的兩大方向，對二者優(yōu)劣的了解有助于研究者設(shè)計更具實用價值的固態(tài)電解質(zhì)。這篇文獻(xiàn)總結(jié)并比較了各種無機固態(tài)電解質(zhì)，有機固態(tài)電解質(zhì)的性能，優(yōu)劣，幾乎囊括了常見的所有固態(tài)電解質(zhì)，解讀的范圍極廣，是讀者了解固態(tài)電解質(zhì)領(lǐng)域的不二之選。

五、鋰金屬負(fù)極

Lithium metal anodes for rechargeable batteries[9]

鋰枝晶示意圖

鋰金屬具有3860mAh/g的高比容量以及最低的氧化還原電位，是鋰電池的“圣杯”負(fù)極材料，可應(yīng)用于鋰離子電池，鋰空氣電池，鋰硫電池等各個體系，有望大幅提升鋰電池的能量密度。鋰枝晶是阻礙鋰金屬負(fù)極應(yīng)用的關(guān)鍵因素。這篇文獻(xiàn)闡述了電流，表面形貌等影響鋰枝晶生成的因素，并列舉了表面包覆，固態(tài)電解質(zhì)，功能添加劑等阻止鋰枝晶生成的現(xiàn)有手段，系統(tǒng)全面，有助于讀者全面了解鋰金屬負(fù)極。

六、鋰離子液流電池

A chemistry and material perspective on lithium redox flow batteries towards high-density electrical energy storage[10]

鋰離子液流電池示意圖

鋰離子液流電池作為一種新興的儲能器件，兼具傳統(tǒng)液流電池模塊化設(shè)計和鋰離子電池高能量密度的優(yōu)勢，在大規(guī)模儲能領(lǐng)域具有強大的競爭力。這篇綜述總結(jié)了鋰離子液流電池的設(shè)計理念，并從化學(xué)和材料的角度闡述了鋰離子液流電池面臨的挑戰(zhàn)，例如電解液和電極材料之間的匹配問題，化學(xué)反應(yīng)過程的設(shè)計問題，展望了鋰離子液流電池實現(xiàn)高能量密度儲能的前景。

參考文獻(xiàn)

[1] John B Goodenough, Youngsik Kim. Challenges for Rechargeable Li Batteries. Chemistry of Materials, 2010, 22, 587–603

[2] M Stanley Whittingham. Lithium Batteries and Cathode Materials. Chemical Reviews. 2004, 104, 4271-4301

[3] Liwen Ji, Zhan Lin, Mataz Alcoutlabi,Xiangwu Zhang. Recent developments in nanostructured anode materials for rechargeable lithium-ion batteries. Energy & Environmental Science,2011, 4, 2682

[4] Jun Lu, Li Li, Khalil Amine, et al. Aprotic and Aqueous Li-O2 Batteries. Chemical Reviews, 2014, 114, 5611-5640

[5] Arumugam Manthiram, Yongzhu Fu, Yu-Sheng Su. Challenges and Prospects of Lithium Sulfur
Batteries. Accounts of Chemical Research, 2013, 1125-1134

[6] Peter G Bruce, Stefan A Freunberger, Laurence J. Hardwick, et al. Li–O2 and Li–S batteries with high energy storage. Nature Materials, 2012,11(1):19-29

[7] Venkataraman Thangadurai, Sumaletha Narayanan, Dana Pinzaru. Chemical Society Reviews, 2014, 43, 4714

[8] Jeffrey W Fergus. Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries. Journal of Power Sources, 2010, 195, 4554-4569

[9] Wu Xu, Jiulin Wang, Ji-Guang Zhang, et al. Lithium metal anodes for rechargeable batteries. Energy & Environmental Science, 2014, 7, 513

[10] Yu Zhao, Yu Ding, John B Goodenough, et al. A chemistry and material perspective on lithium
redox flow batteries towards high-density electrical energy storage. Chemical Society Reviews, 2015, 44, 7968