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鑒于其高能量/功率密度和長(zhǎng)循環(huán)壽命，鋰離子電池(LIBs)已成為電動(dòng)/混動(dòng)電動(dòng)汽車、便攜式電子產(chǎn)品和發(fā)電廠最實(shí)用的電源之一。然而，LIBs的性能衰減限制了它們?cè)谠S多能源相關(guān)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

上海大學(xué)張久俊院士、趙玉峰、湖北大學(xué)王石泉等從常用的正極材料和負(fù)極材料、電解液和集流體方面全面回顧了LIBs的性能衰減機(jī)制和開發(fā)緩解策略的努力。

圖1 電池在正極、負(fù)極、電解液、集流體等處發(fā)生的整體衰減的圖示

該綜述指出，正極材料的衰減和衰變機(jī)制在很大程度上可以歸因于層狀結(jié)構(gòu)的破壞和坍塌、橄欖石和尖晶石結(jié)構(gòu)的相變和無(wú)序轉(zhuǎn)變、電池循環(huán)過(guò)程中金屬的溶解和沉積，以及由此產(chǎn)生的鋰和氧的缺陷或損失。

對(duì)于負(fù)極，SEI膜的演化和破壞是電池的主要衰減因素，負(fù)極表面鋰枝晶的產(chǎn)生也是主要缺陷之一。一些新型負(fù)極材料（如碳化硅、鈦酸鋰等）的膨脹效應(yīng)是其實(shí)際應(yīng)用的主要障礙。在電解液方面，鋰鹽的快速分解是影響電池長(zhǎng)期循環(huán)使用的主要問(wèn)題，電解液引起的SEI損壞以及隔膜和集流體的腐蝕是亟待解決的問(wèn)題。

圖2 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂在不同截止電壓下的衰減機(jī)理和相變

為了促進(jìn)LIBs性能衰減緩解策略的進(jìn)一步研究和發(fā)展，該綜述提出可能克服挑戰(zhàn)的主要對(duì)策如下：

1.進(jìn)一步建立計(jì)算和實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法，以選擇新型和高性能鋰離子電池電極材料。

2. 通過(guò)理論計(jì)算和原位表征進(jìn)一步發(fā)展研究和分析方法/模型，以從根本上理解LIBs性能衰減機(jī)制，指導(dǎo)LIBs的低/零衰減電極材料的設(shè)計(jì)和制備。

3. 進(jìn)一步加強(qiáng)基于軟包電池等大容量電池和大量樣本的衰減機(jī)制研究，重點(diǎn)研究熱失控機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上總結(jié)出具有指導(dǎo)價(jià)值的數(shù)學(xué)參數(shù)或模型。

4. 進(jìn)一步尋求合適的電解液，包括新型鋰鹽、溶劑和電解液添加劑等，以及新型隔膜、集流體、理想粘結(jié)劑或無(wú)粘結(jié)劑電池等。

5. 進(jìn)一步關(guān)注外部引起的電池衰減過(guò)充、過(guò)放、高低溫等因素。

圖3 電解液成分和電解液中副反應(yīng)的圖示

A Review of Performance Attenuation and Mitigation Strategies of Lithium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107769

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張久俊院士/趙玉峰/王石泉AFM：鋰離子電池性能衰減與緩解策略的總結(jié)

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