纳米人：2017年锂电池技术九大进展！

在环保和资源双重压迫下，电动汽车将逐渐取代化石燃料驱动的汽车。作为电动汽车的关键部件，在各种新型能源中，锂电池最有希望首先突破。2017年，锂电池研究继续火热，在电极材料、隔膜材料、电解质材料、体积膨胀、稳定性、寿命等方面，都取得了诸多进展。有鉴于此，纳米人总结了2017年的一些重要进展，供大家参考，并欢迎大家留言补充，交流学习！特别声明：排名不分先后，按心情而已！9.Nature子刊：有机/无机复合SEI膜增强Li-S电池库伦效率！DonghaiWang课题组发明了一种通过有机硫塑化的有机无机复合SEI稳定Li金属负极的策略。有机硫化物/有机聚硫化物作为塑化剂，增强了SEI膜整体的力学柔韧性和机械强度，实现了Li-S电池长期循环稳定性。Guoxing Li, Yue Gao, Donghai Wang et al.Organosulfide-plasticized solid-electrolyte interphase layer enablesstablelithium metal anodes for long-cycle lithium-sulfur batteries. Nature Communications 2017.8.Nature子刊：钛酸锂水合物助力超长寿命锂离子电池！唐子龙、陆俊和李巨课题组开发了一系列钛酸锂水合物，材料晶体内部牢固结合的所谓“结晶水”，竟然促进了晶体结构的多样性以及纳米复合材料的构筑，从本质上提高了材料的离子扩散系数，实现了超长循环寿命且高倍率性能的锂离子电池。Shitong Wang, Zilong Tang, Jun Lu, JuLi et al. Lithium titanate hydrates with superfast and stable cycling inlithium ion batteries. Nature Communications 2017, 8, 627.7.Nature子刊： Li-O2电池碳电极稳定性！PeterBruce课题组发明了一种充放电过程中使用双媒介的策略，充电过程中，TEMPO在在碳正极表面被氧化，并将电子空穴转移到Li2O2，在溶液中将其氧化成O2。放电过程中，DBBQ在碳正极表面被还原，并将电子转移到溶液中的O2，还原得到Li2O2。这一策略可使Li-O2电池碳正极在循环过程中避免钝化和分解！Xiangwen Gao, Yuhui Chen, Peter G.Bruce et al. A rechargeable lithium–oxygen battery with dual mediatorsstabilizing the carbon cathode. Nature Energy 2017.6.Nature子刊：自支撑型硫正极构建高能量密度Li-S电池！受到相册的紧密堆积结构启发，方晓亮和郑南峰课题组合作开发了一种新型二维“yolk-shell（蛋黄-壳）”结构，构建了一种不使用金属集流体和粘结剂的自支撑型锂硫正极。面积载硫量为10 mg cm-2的G@HMCN/S-G的面积容量与体积容量分别可达11.4 mAh cm-2和1329 mAh cm-3。Fei Pei, Lele Lin, Daohui Ou, ZongmingZheng, Shiguang Mo, XiaoliangFang* and Nanfeng Zheng*, Self-supportingsulfurcathodes enabled by two-dimensional carbon yolk-shell nanosheetsforhigh-energy-density Li-S batteries. Nature Communication 2017.5.Nature子刊：硅负极和硫正极全电池，真的要来了！崔屹课题组发明了一种锂硅合金/石墨烯箔片负极材料，由大面积石墨烯（层数<10层）包裹的LixM（M=Si, Sn或Al）合金纳米颗粒致密堆积而成。大面积石墨烯起到物理保护隔离作用，石墨烯包裹起到限域作用，可与硫正极组装成高效、稳定、寿命长的全电池！Jie Zhao, Guangmin Zhou, Yi Cui et al.Air-stable and freestanding lithiumalloy/graphene foil as an alternative tolithium metal anodes. Nature Nanotechnology 2017.4.Nature子刊：Li-S电池实现近100%的S利用率！Jun Liu和Yuyan Shao课题组基于低比表面碳纤维（17.2 m2/g）上S物种的成核生长策略，通过控制碳载体的表面性能和电解液的供体数，使Li-S电池实现了几乎100%的S利用率，99% 的库伦效率和1835Whkg−1以及2317Whl−1的高能量密度。Huilin Pan, Junzheng Chen, YuyanShao ,Jun Liu et al. Non-encapsulation approach for high performance Li–Sbatteries through controlled nucleation and growth. Nature Energy 2017.3.Science：液化的气态电解质提高电池性能！Y.Shirley Meng课题组发现，利用液化的气态含氟甲烷作为电解质可以确保在超低温操作，提高电容器和锂离子电池的能量密度。在-78到+65℃之间，随着电压上升，利用二氟甲烷的电容器性能始终优越，另一方面，利用氟甲烷的锂金属负极库伦效率高达97%，和4 V的LiCoO2正极组装，在-60℃条件下具有优异的容量保持率。Cyrus S. Rustomji, Y. Shirley Meng etal. Liquefied gas electrolytes for electrochemical energy storage devices.Science 2017.2.Science：冷冻电镜实时观测电池材料和界面原子结构！崔屹课题组基于冷冻电镜技术实现了对电池材料和界面原子结构的真实观测，确认了在不同电解质中SEI膜的形成，剖析了金属Li和SEI膜的相互作用，并捕获了枝晶的形成过程。Yuzhang Li, Yanbin Li, Yi Cui et al.Atomic structure of sensitive battery materials and interfaces revealed bycryo–electron microscopy. Science 2017, 358, 506-510.1.Science：滑轮原理解决锂电池硅负极体积膨胀！AliCoskun和Jang Wook Choi课题组发明了一种高弹性粘结剂，在PAA中加入少量多聚轮烷，形成“分子滑轮”（PR-PAA）。 “分子滑轮”中的一部分环具有较强的胶粘性能，一部分环具有独特的自由滑动性能。两种性能的有机结合，使粘结剂弹性得到大幅提高，可承受硅负极的体积膨胀收缩变化，释放所产生的应力，在充放电过程中不至于发生破裂，极大地提高了硅负极在充放电过程中的稳定性。Sunghun Choi, Tae-woo Kwon, Ali Coskunand Jang Wook Choi. Highly elastic binders integrating polyrotaxanes forsilicon microparticle anodes in lithium ion batteries. Science 2017, 357,279-283.