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發(fā)布時(shí)間：2019.11.05
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近年來，鋰電池作為一種潛力巨大的儲(chǔ)能器件引起人們廣泛關(guān)注。針對(duì)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(jí)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(duì)鋰離子電池理解。以能級(jí)為切入點(diǎn)，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(huì)從根本上解決很多研究者對(duì)鋰離子電池知其然而不知其所以然的問題。小編強(qiáng)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(gè)時(shí)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(kuò)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(duì)各種負(fù)極材料機(jī)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(shí)理論能量密度為3623 Wh/kg），在電動(dòng)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(shí)用化要求。本文聚焦于限制鋰空氣電池性能的各項(xiàng)因素，詳盡描述了有機(jī)系，水系鋰空氣電池面臨的種種挑戰(zhàn)。這篇文獻(xiàn)的亮點(diǎn)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(gè)問題，也就永遠(yuǎn)不能解決一個(gè)問題。如果你想找鋰空氣電池領(lǐng)域的十個(gè)問題，這篇文獻(xiàn)不會(huì)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(chǔ)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(duì)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(jì)，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(duì)鋰硫電池有一個(gè)全面的概念，找到研究鋰硫電池的切入點(diǎn)。
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(dòng)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(duì)砍屠龍刀，從實(shí)用化潛力，電池結(jié)構(gòu)，基本原理，問題挑戰(zhàn)等方面對(duì)兩個(gè)電池進(jìn)行全面比較。作者理論功底深厚，對(duì)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(duì)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(jī)固態(tài)電解質(zhì)為鋰電池展現(xiàn)了絕對(duì)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(diǎn)而成為無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)中的明星成員。對(duì)石榴石型無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)的研究更屢現(xiàn)于NM, JACS, Angew等頂級(jí)期刊。這篇文獻(xiàn)對(duì)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(jī)理，比較了各種元素配比對(duì)其電導(dǎo)率的影響。對(duì)希望在無機(jī)固態(tài)電解質(zhì)研究上發(fā)頂刊的同學(xué)，本文不容錯(cuò)過。
2.Ceramic and polymeric solid electrolytes for lithium-ion batteries[8]
PAN基無機(jī)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(jī)固態(tài)電解質(zhì)，有機(jī)固態(tài)電解質(zhì)是固態(tài)研究的兩大方向，對(duì)二者優(yōu)劣的了解有助于研究者設(shè)計(jì)更具實(shí)用價(jià)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(jī)固態(tài)電解質(zhì)，有機(jī)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(gè)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(chǔ)能器件，兼具傳統(tǒng)液流電池模塊化設(shè)計(jì)和鋰離子電池高能量密度的優(yōu)勢，在大規(guī)模儲(chǔ)能領(lǐng)域具有強(qiáng)大的競爭力。這篇綜述總結(jié)了鋰離子液流電池的設(shè)計(jì)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(jì)問題，展望了鋰離子液流電池實(shí)現(xiàn)高能量密度儲(chǔ)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
[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
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