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锂电池中固体电解质界面研究进展

2021-11-22杨毅闫崇黄佳琦

物理化学学报 2021年11期
关键词:界面

杨毅,闫崇,黄佳琦,*

1北京理工大学材料学院,北京 100081

2北京理工大学前沿交叉科学研究院,北京 100081

1 引言

2019年,诺贝尔化学奖授予了三位对锂离子电池发展做出卓越贡献的杰出科学家John B.Goodenough、M. Stanley Whittingham和Akira Yoshino。自1991年商业化锂离子电池问世以来,因其能量密度高、充放电循环稳定、安全性高等优点,逐步应用于各类电子产品与电动汽车中1–8。随着大众对手机、笔记本电脑等电子产品的应用需求增加,以及对电动汽车续航能力的要求,促使锂离子电池不断朝高比能、高安全性、高充电速率、低成本等方向发展9–14。为满足这些发展目标,科研人员不断开发出更先进的电极材料和电解液,电极材料在提升电池的能量密度方面发挥着关键作用,而电解液在增强电池的循环稳定性方面扮演重要角色。

电解质的加入会在电极表面产生电极/电解质界面,目前关于“界面”与“界面膜(层)”的定义比较模糊,界面一词是作为描述相变界的专业术语,而有界面的存在就会产生界面自由能,引发物质在界面吸附,形成界面膜(层);另外,若两相接触后在界面发生化学或电化学反应,其反应产物会存在于两相界面上,且产物性质会明显与两相不同,即形成界面膜(层)。在电池首次充放电过程中,电解液组分与电极在液固界面上发生氧化还原反应,反应产物在电极表面堆积形成钝化层,该钝化层就是电极/电解质界面膜。电极/电解质界面的稳定性对于电池的循环性能及寿命十分重要15,一方面,界面膜形成阶段会消耗部分锂离子(Li+),造成电池容量损失;……

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