金 周，詹元杰，起文斌，田 豐，趙俊年，武懌達(dá)，張 華，賁留斌，俞海龍，劉燕燕，黃學(xué)杰

（中國科學(xué)院物理研究所，北京 100190）

1 正極材料

1.1 層狀氧化物正極材料

MOHADESE等[1]在富鋰三元正極Li1.2Mn0.54Ni0.13Co0.13O2表面進(jìn)行了摻氟TiO2的包覆。F摻雜會(huì)在TiO2內(nèi)形成氧空位，從而接受正極材料釋放的氧，減少SEI中消耗的鋰，提高首周庫侖效率，材料的倍率性能也有所提高，后續(xù)循環(huán)中包覆層還能繼續(xù)隔離正極材料和電解液。RAN 等[2]合成了梯度磷酸鹽摻聚陰離子摻雜的LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2，借助離子束刻蝕觀察驗(yàn)證了表面磷元素的梯度分布，同時(shí)在改性后的樣品表面發(fā)現(xiàn)有磷酸鋰的存在，經(jīng)過改性后的材料具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。KIM 等[3]針對(duì)目前鋰離子電池高能量密度正極Li[Ni1-x-yCoxAly]O2（NCA）和Li[Ni1-x-yCoxMny]O2（NCM），提出了一種NCM 和NCA 混合的四元體系Li[Ni0.89Co0.05Mn0.05Al0.01]O2（NCMA89），具有比相似Ni 含量的NCM90 和NCA89 更好的循環(huán)性能和熱穩(wěn)定性能。LI 等[4]用XRD 和第一性原理研究了LiNi1-x-yCoxMnyO2三元正極材料發(fā)現(xiàn)材料的結(jié)構(gòu)坍塌主要是由于脫鋰導(dǎo)致的，而不是由于鎳含量高產(chǎn)生的。DONG 等[5]考慮到擴(kuò)大暴露的活性面有助于提高層狀正極材料的倍率性能，通過使用由改進(jìn)的共沉淀方法得到的Ni0.842Co0.158(OH)2作為前驅(qū)體，合成出具有擴(kuò)大暴露活性平面的微米尺寸的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2顆粒。 合成的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2顆粒具有很好的倍率性能以及很好的循環(huán)性能。SONG 等[6]用甲硅烷基醚包覆了富鎳三元811 正極材料，發(fā)現(xiàn)包覆后的材料55 ℃循環(huán)100 周的容量保持率為70%，沒有包覆的為47%。SUN 等[7]在高鎳三元正極表面原位聚合生長了聚亞苯基包覆層，作為0 ℃以下低溫電池的正極材料。由于表面聚合物優(yōu)良的導(dǎo)電性和離子輸運(yùn)特性，復(fù)合正極在低溫下表現(xiàn)出很好的循環(huán)和倍率性能。TANG 等[8]介紹了一種新的刻蝕誘導(dǎo)的包覆方法來改進(jìn)高鎳三元正極的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。將前驅(qū)體放入AlCl3溶液中，鋁離子水解產(chǎn)生的氫離子將對(duì)材料表面進(jìn)行刻蝕，進(jìn)而誘導(dǎo)Al(OH)3的沉積生長。隨著后續(xù)鋰的加入和燒結(jié)，表面將形成LiAlO2包覆層。LiAlO2本身的離子輸運(yùn)特性和作為包覆層的保護(hù)作用，使得包覆后的樣品具有更好的倍率和循環(huán)性能，材料的熱穩(wěn)定性也有所提升。CHEN等[9]用微波燒結(jié)法合成了富鎳鈷的核，富鋁的殼的NiAl2O4正極材料，發(fā)現(xiàn)該材料有著很好的循環(huán)穩(wěn)定性能，室溫下100 周后的容量衰減為0.8%，認(rèn)為這種特殊的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定了固液界面和正極的表面結(jié)構(gòu)。JI 等[10]研究了高容量富鋰錳基正極材料發(fā)現(xiàn)，表面的無序結(jié)構(gòu)巖鹽中隱藏者短程有序結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)不能被衍射技術(shù)所發(fā)現(xiàn)，但是在正極的循環(huán)中產(chǎn)生了重要的影響。HONG 等[11]研究了Li2-xIr1-ySnyO3體系發(fā)現(xiàn)，氧陰離子氧化還原反應(yīng)時(shí)形成了1.8 ?（1?=0.1 nm）的金屬-氧 π 鍵和1.4 ? 的 O-O 鍵，這些鍵的形成促使了材料的結(jié)構(gòu)發(fā)生無序化變化。

1.2 尖晶石正極材料

LIU 等[12]用導(dǎo)電的聚(3,4-乙烯二氧噻吩)包覆了鎳錳酸鋰材料，有效地穩(wěn)定了鎳錳酸鋰材料的表面，包覆后的材料具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。MA 等[13]采用木質(zhì)素作為5 V 正極材料LiNi0.5Mn1.5O4的黏結(jié)劑來減少電解液在高電壓下的持續(xù)分解。木質(zhì)素中的酚類基團(tuán)能夠部分捕獲電解液分解產(chǎn)生的自由基，阻止分解反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，從而形成可與正極兼容的致密界面膜，防止過渡金屬的溶解。

1.3 其他正極材料

EMANI 等[14]研究了一種不含過渡金屬的正極材料，使用Li3N 和BN 作為原料在900 ℃下合成Li3BN2，該材料具有890 mA·h/g 比容量，放電平臺(tái)電位1.7 V (vs.Li/Li+)。目前材料的循環(huán)性能和導(dǎo)電性還有待優(yōu)化，雖作為正極材料工作電壓偏低，但比能量相比商用鋰離子電池正極材料具有一定優(yōu)勢。BHARGAV 等[15]使用一種六硫乙烯作為新型Li-S 電池正極，通過簡單的縮合反應(yīng)可以將二硫乙烯和4 個(gè)硫加成，這種正極材料通過抑制長鏈硫的形成，抑制在電解液中多硫離子的產(chǎn)生。該正極在1 C 倍率下展現(xiàn)出774 mA·h/g 比容量，350次循環(huán)每次容量衰減僅為0.083%。

2 負(fù)極材料

2.1 硅基負(fù)極材料

CHEN 等[16]利用磁控濺射技術(shù)，合成了Si/ZnO/C 三層復(fù)合薄膜。通過第一次循環(huán)后ZnO 與Li+反應(yīng)生成離子導(dǎo)電和電子導(dǎo)電良好的Li2O-Zn 中間層。合成的Si/Li2O Zn/C 三層復(fù)合膜在1.0 A/g 的電流密度下循環(huán)800 次后仍具有1536 mA·h/g 的可逆容量，10 A/g 下循環(huán)6000 次后仍有1400 mA·h/g的可逆容量。HARUTA 等[17]采用磁控濺射技術(shù)制備了不同氧含量的SiOx薄膜。雖然低氧條件下SiOx中幾乎所有的Si 原子（x=0.21 和0.48）都參與了可逆的合金化和脫氧反應(yīng)，但高氧條件下（x=1.09 和1.78）SiOx中Si 的不可逆反應(yīng)比例隨著Li4SiO4的形成而增加。由于Li4SiO4基體對(duì)Si 的體積變化有緩沖作用，高氧SiOx薄膜的容量保持率得到一定改善。電解液中添加碳酸亞乙烯酯（VC）能進(jìn)一步提高了SiOx膜的循環(huán)性能，特別是氧含量較高的SiOx膜。HUA 等[18]利用一種簡單可控的氧擴(kuò)散方法，將光伏工業(yè)生產(chǎn)的硅泥轉(zhuǎn)化為納米Si/SiO 結(jié)構(gòu)，經(jīng)過進(jìn)一步的處理，可以得到一種蛋黃殼Si/C 結(jié)構(gòu)負(fù)極材料。這種復(fù)合材料500 周次循環(huán)后仍具有1250 mA·h/g 的可逆容量。PANA 等[19]研究了SiO材料作為高容量鋰離子電池的負(fù)極的電化學(xué)性質(zhì)，使用恒電流間歇滴定技術(shù)（GITT）和電化學(xué)阻抗譜（EIS）研究發(fā)現(xiàn)Li 離子在SiO 中的擴(kuò)散速率要遠(yuǎn)高于在Si 中的擴(kuò)散速率。并且，SiO 的體積膨脹率也只有約118%，這要比Si 的體積膨脹率（280%）要小得多。其開路電壓也非常接近Si。LIU 等[20]以硬聚糠醇為骨架，軟聚乙烯醇（PVA）為填料通過原位聚合的方法合成了一種三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的粘結(jié)劑，其可以緩解硅負(fù)極體積變化。將其用到硅負(fù)極，面容量可超過10 mA·h/cm2。LI 等[21]通過一個(gè)簡單和可放大的混合過程，通過改性硅的配合，來提高石墨負(fù)極的性能，在硼摻雜的碳納米管中嵌入改性納米/微結(jié)構(gòu)硅得到（B-Si/CNT）復(fù)合材料，這種材料在2000 mA/g 倍率下循環(huán)200 后仍有2426 mA·h/g 的容量保留率高達(dá)88.2%。石墨可以作為高容量負(fù)載的堅(jiān) 固骨架，將B-Si/CNT 和石墨復(fù)合在11.2 mg/cm2的超高活 性物質(zhì)負(fù)載下循環(huán)100 周后仍具有5.2 mA·h/cm2的面容量。CHANG等[22]將硅化物納米線嵌在石墨烯基微管電極的內(nèi)表面，這種設(shè)計(jì)使穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)在石墨烯的外表面牢固地形成，這種復(fù)合材料在大倍率（>20 C）下循環(huán)2000周也還有84%的容量保持率。YAN等[23]將水性聚氨酯（WPU）用作微米硅的碳包覆材料，發(fā)現(xiàn)WPU 中多余的氮和氧原子在熱解WPU 過程中會(huì)摻雜在微米硅表面，形成了碳包覆氮氧摻雜硅（Si@CNO）結(jié)構(gòu)，Si@CNO 負(fù)極在500 mA/g 的電流密度下，100 個(gè)循環(huán)后容量保持率為70.0%。KIM 等[24]合成了Si/Ge 核殼式納米線結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)結(jié)合了硅的大容量和鍺的高電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率的優(yōu)勢，同時(shí)研究了不同充電倍率下Si/Ge 納米線在鋰化和去鋰化過程中的組成和結(jié)構(gòu)變化。這種材料在0.8 A/g 的倍率下循環(huán)50 周依舊保持結(jié)構(gòu)完整，但以20 A/g 的倍率下循環(huán)50 周結(jié)構(gòu)就被破壞了。SHEN 等[25]通過表面引發(fā)原子轉(zhuǎn)移自由基聚合的方法在Si 薄膜電極上面包覆一層聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），該人造的聚合物SEI 膜可以鈍化Si薄膜表面，抑制與電解液的副反應(yīng)，含有75 nm 的PMMA 膜的Si 薄膜電極的首周庫容效率從62.4%提升至76.3%，不可逆容量從2011 mA·h/g 降低為1020 mA·h/g。DONG 等[26]針對(duì)對(duì)于Si 負(fù)極在循環(huán)過程中內(nèi)部微結(jié)構(gòu)演化仍未有很好地理解的現(xiàn)狀，利用現(xiàn)場原位同步輻射X-ray 成像，對(duì)鋰離子電池Si 電極循環(huán)過程中內(nèi)部微結(jié)構(gòu)演化進(jìn)行了可視化，并量化了其體積改變。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，硅顆粒的體積改變與其初始尺寸有關(guān)，同時(shí)也很大程度地取決于周圍改變的電子傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)和破裂顆粒內(nèi)部界面化學(xué)環(huán)境。此外，還發(fā)現(xiàn)了膨脹延伸現(xiàn)象，即當(dāng)切換電池電流方向、本應(yīng)發(fā)生收縮時(shí)，某些顆粒仍繼續(xù)膨脹的現(xiàn)象，該工作提供了在脫嵌鋰過程中對(duì)于Si 顆粒內(nèi)部過程新的理解。

2.2 其他負(fù)極材料

LIANG 等[27]通過立體剪裁將界面覆蓋含有納米孔洞結(jié)構(gòu)的聚乙烯的金屬鋰帶通過卷繞成卷，從側(cè)面剪裁構(gòu)建一種類“蚊香”結(jié)構(gòu)的三維金屬鋰負(fù)極。實(shí)驗(yàn)和仿真結(jié)果證明，在這種結(jié)構(gòu)中電解液可以進(jìn)入到金屬鋰層間的孔縫中，此時(shí)金屬鋰的沉積/溶解為三維結(jié)構(gòu)，不僅存在與金屬鋰負(fù)極的上表面，從而抑制了枝晶的形成。LIU 等[28]使用熔融金屬鋰與二氧化硅制備了一種三維金屬鋰負(fù)極，在這種金屬鋰負(fù)極中含有大量Li2O 和Li22Si5合金組分，可以調(diào)節(jié)金屬鋰內(nèi)部的離子電導(dǎo)率并穩(wěn)定界面SEI，顯示了高于金屬鋰的倍率特性。SHEN 等[29]通過將氟化石墨烯粉與熔融金屬鋰混合，通過表面張力導(dǎo)致的自組裝制備了一種界面覆蓋LiF 和石墨烯的均勻人造SEI 金屬鋰負(fù)極。在這種穩(wěn)定的SEI保護(hù)下，金屬鋰負(fù)極表現(xiàn)出良好的空氣穩(wěn)定性和在10 mA/cm2電流密度下的循環(huán)能力。LIU 等[30]通過對(duì)熔融的金屬鋰用有機(jī)溶劑進(jìn)行冷淬，在其表面形成了有機(jī)和無機(jī)鋰鹽形成的固態(tài)電解質(zhì)膜用于對(duì)金屬鋰進(jìn)行保護(hù)。在對(duì)稱電池中，實(shí)現(xiàn)了無枝晶沉積、較小的極化和較高的庫侖效率。在與磷酸鐵鋰組裝的全電池中，可以實(shí)現(xiàn)40.5%的金屬鋰?yán)寐?。CHEN 等[31]制造了高度均勻的垂直取向的Cu 柱構(gòu)成的集流體，用于鋰金屬電沉積和溶解，通過合理地控制3D 集流體結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，包括直徑，間距和長度，可以控制循環(huán)時(shí)鍍鋰/剝離的形態(tài)，并且可以實(shí)現(xiàn)最佳的循環(huán)性能，負(fù)極的庫侖效率高達(dá)99.5%。SUN 等[32]報(bào)道了通過分子層沉積（MLD）作為鋰金屬負(fù)極的人造SEI 層的“聚脲”的超薄聚合物膜。聚脲中豐富的極性基團(tuán)可以使鋰離子通量重新分布并導(dǎo)致均勻的電鍍/剝離過程。結(jié)果有效地抑制了循環(huán)期間的鋰枝晶生長，在3 mA/cm2的電流密度下比裸鋰長三倍。LI 等[33]通過原位電聚合法制備了一種聚1, 3-二氧戊環(huán)人造SEI 層用于保護(hù)負(fù)極界面，并在金屬鋰和錫負(fù)極界面應(yīng)用實(shí)現(xiàn)金屬鋰枝晶生長抑制。在保護(hù)后的負(fù)極界面實(shí)現(xiàn)在1 mA/cm2電流密度下98.4%的循環(huán)庫侖效率。SATO 等[34]制備了一種適用于全固態(tài)電池的有機(jī)負(fù)極材料，使用金屬鋰為負(fù)極，LiBH4作為固體電介質(zhì)，研究了環(huán)狀芳香烴C60H36有機(jī)物負(fù)極材料特性。這種負(fù)極材料具有700 mA·h/g的比容量，0.4 V 對(duì)鋰電位，并可在500 mA/g 大電流密度下工作能力。GAO 等[35]發(fā)現(xiàn)具有多電子共軛的銅基卟啉（CuDEPP）具有良好的電化學(xué)活性和循環(huán)性能，經(jīng)過8000 次在4 A/g 電流密度下循環(huán)，依舊可以保持初始容量（140 mA·h/g）的60%，認(rèn)為大量共軛π 鍵結(jié)構(gòu)對(duì)材料有利于材料內(nèi)部的電子輸運(yùn)，使得材料能夠提供10 C 的倍率循環(huán)能力。

3 電解質(zhì)及添加劑

3.1 固態(tài)電解質(zhì)

BUANNIC 等[36]用冷凍模板法制備了LLZO 與聚合物的復(fù)合電解質(zhì)。傳統(tǒng)的復(fù)合過程中，氧化物均勻分在在聚合物中，由于氧化物之間不相連接，鋰離子只能通過聚合物網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，無法發(fā)揮氧化物高電導(dǎo)率的優(yōu)勢。而新方法制備的樣品中，氧化物形成平行于離子傳輸方向的網(wǎng)絡(luò)，從而可以有效克服上述缺點(diǎn)。該文詳細(xì)研究了顆粒大小以及固化速度等材料最終形貌的影響。KRAUSKOPF 等[37]研究了金屬鋰與固態(tài)電解質(zhì)Li6.25Al0.25La3Zr2O12界面的阻抗問題。通過對(duì)不同壓力和溫度下的阻抗進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)低壓下的阻抗主要受接觸點(diǎn)的形狀和大小影響，高壓下接觸嚴(yán)密但受到晶格畸變等因素制約。LEWIS 等[38]通過原位TEM 與其他非原位測試，研究了Li1.4Al0.4Ge1.6(PO4)3（LAGP）電解質(zhì)與Li 金屬界面處的電化學(xué)反應(yīng)過程。結(jié)果表明，Li 與LAGP 間的反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致無定形化和體積膨脹，從而引發(fā)機(jī)械應(yīng)力和電解質(zhì)的破裂（伴隨著阻抗的大幅增加），且在高電流下，演化的中間相具有一個(gè)不均勻的形貌，導(dǎo)致加速的機(jī)械化學(xué)失效。BERLINER 等[39]在固體嵌段共聚物電解質(zhì)中研究了鋰電極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，將脈沖伏安法應(yīng)用于對(duì)稱鋰電池以測量不同鹽濃度和溫度下的電流，用Butler-Volmer 模型分析數(shù)據(jù)以獲得交換電流密度和表觀轉(zhuǎn)移系數(shù)。發(fā)現(xiàn)鋰金屬沉積動(dòng)力學(xué)性能幾乎與鹽濃度無關(guān)，這表明它們主要受鋰金屬表面性質(zhì)的支配。PAIK 等[40]系統(tǒng)研究了α-和β-兩種結(jié)構(gòu)的Li2NH 作為固態(tài)電解質(zhì)的表現(xiàn)。兩種結(jié)構(gòu)的主要區(qū)別是鋰離子電導(dǎo)率的差別很大，其中β結(jié)構(gòu)是α結(jié)構(gòu)的數(shù)倍。相對(duì)于之前報(bào)道的立方相Li2NH，新的樣品具有更寬的電化學(xué)窗口。這表明β-Li2NH 可能可以作為室溫固態(tài)鋰離子電池的電解質(zhì)。FROBOESE 等[41]針對(duì)在大多數(shù)工作中復(fù)合電極中電解質(zhì)的行為，以及電極結(jié)構(gòu)對(duì)其離子傳導(dǎo)率的影響都會(huì)被忽略，使用電化學(xué)惰性的非晶顆粒作為模型活性材料，分別以6 種不同的體積分?jǐn)?shù)和4種不同的顆粒尺寸，構(gòu)建了不同的模型全固態(tài)電極，研究了不同電極結(jié)構(gòu)對(duì)全固態(tài)電池復(fù)合電極中固態(tài)電解質(zhì)離子傳導(dǎo)率的影響。結(jié)果表明，更高的體積分?jǐn)?shù)以及更小的顆粒尺寸會(huì)導(dǎo)致離子傳導(dǎo)率的衰減。另外，小的活性材料的高體積分?jǐn)?shù)會(huì)導(dǎo)致更高的界面阻抗。TIAN 等[42]受聚離子液體啟發(fā)，合成了一系列高電荷密度的聚合離子網(wǎng)絡(luò)，將其作為固態(tài)電解質(zhì)。所獲得的準(zhǔn)固態(tài)電解質(zhì)片具有的離子傳導(dǎo)率5.89×10-3S/cm（25 ℃），用該電解質(zhì)所裝Li/LiFePO4和Li/LiCoO2電池都具有較高的穩(wěn)定容量。NAIR 等[43]將具有高活性、疏水性和高性能的N-丙基-N-甲基吡咯烷二（三氟甲磺酰）酰亞胺（PYR13TFSI）與聚合物電解質(zhì)復(fù)合，該電解質(zhì)具有寬的溫度范圍、寬的電化學(xué)穩(wěn)定性和耐燃性，組裝的電池可循環(huán)超過1200 周以上。SWAMY等[44]對(duì)硫化物固體電解質(zhì)β-Li3PS4在0～5 V 內(nèi)的電化學(xué)穩(wěn)定性進(jìn)行了研究。發(fā)現(xiàn)在高壓下，只有硫被氧化，且生成類似于石墨表面SEI 成分的電子絕緣物質(zhì)，從而使得反應(yīng)是不可逆的。而在還原過程中，硫和磷都被還原，雖然產(chǎn)物的量是氧化過程的數(shù)倍，但這個(gè)過程是可逆的。上述結(jié)果可以用來解釋為什么以β-Li3PS4為電解質(zhì)的電池在正極側(cè)的阻抗較大。

3.2 其他電解液/添加劑

DOMI 等[45]發(fā)現(xiàn)了一種電解液，其可以抑制Si 的體積膨脹，提高循環(huán)壽命，這種電解液能在硅表面形成結(jié)構(gòu)和機(jī)械穩(wěn)定的表面薄膜，有助于Li+的擴(kuò)散和抑制Si 體積膨脹。BOLLOJU 等[46]研究（五氟苯基）二苯基磷（PFPDPP）作為高壓材料LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）的電解液添加劑，PFPDPP 是一種雙功能添加劑，可以抑制LiPF6的分解，同時(shí)在3.5 V（vs.Li/Li+）發(fā)生分解并在正極表面形成穩(wěn)定的CEI，使LNMO 的電化學(xué)性能得到了提高。TORNHEIM 等[47]研究了焦磷酸鹽和磷酸鹽添加劑（分別含有三氟乙基、乙基和三甲基硅基）對(duì)全電池循環(huán)效率的影響，結(jié)果表明含有三甲基硅基的含磷添加劑相比于含有三氟乙基、乙基的含磷添加劑能在正極表面分解產(chǎn)生更多含有磷和氧的化合物，并且在高壓下有更低的氧化電流，同時(shí)還發(fā)現(xiàn)焦磷酸鹽在高壓下比磷酸鹽更容易分解。REN 等[48]在濃縮的砜基電解質(zhì)中可以實(shí)現(xiàn)98%以上的高效率。通過加入氟化醚、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚，可以解決砜的黏度和潤濕性問題，形成局部高濃度電解質(zhì)（LHCE），它不僅提高了效率，而且在高壓正極保持穩(wěn)定，抑制鋁集流體腐蝕，并使鋰離子電池能夠在寬溫度范圍內(nèi)工作。JEONG 等[49]研究二氟草酸磷酸鋰（Li-PF2C4O8）作為4.4 V LiCoO2的電解液添加劑，該添加劑在第一周的過程中會(huì)在LiCoO2的表面形成穩(wěn)定的CEI，通過添加5%的Li-PF2C4O8，使電池的循環(huán)性能得到了較大的提升。PHAM 等[50]使用PC和氟化線性碳酸酯基溶劑作為電解液，該電解液具有耐燃性，該電解液可使三元LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2充電至4.5 V，具有＞230 mA·h/g 的比容量，且100 周容量保持率高達(dá)95%。LIN 等[51]用亞磷酸三丙烯作為LiNi0.6Mn0.6Co0.6O2/石墨電池的電解液添加劑，結(jié)果表明亞磷酸三丙烯將同時(shí)在正極和負(fù)極表面形成界面膜，從而保護(hù)了正極和負(fù)極的界面，增加了LiNi0.6Mn0.6Co0.6O2/石墨電池放電容量和容量保持率。INAMOTO 等[52]研究了LiBOB/PC 對(duì)LiMn2O4正極表面膜的影響，研究表明LiBOB 產(chǎn)生的草酸鋰會(huì)在正極表面形成一層很薄的表面膜，LiBOB 會(huì)優(yōu)于PC 先氧化，PC 的分解產(chǎn)物無法在LiMn2O4的表面形成穩(wěn)定而致密的保護(hù)層，LiBOB會(huì)持續(xù)不斷分解，降低電解液的離子電導(dǎo)率，從而影響電池的長循環(huán)性能。SHARON 等[53]研究非質(zhì)子溶劑2,4-二甲氧基-2,4-二甲基戊烷-3-酮（DMDMP）對(duì)Li-O2電池的影響。DMDMP 可抗親核攻擊和還原氧的氫萃取，可使Li-O2電池正常循環(huán)，即使在長循環(huán)下DMDMP 的分解仍非常的微量，是一種較有潛力的鋰離子溶劑。WANG 等[54]將基于酯的液體添加劑2,2,2-三氯乙基氯甲酸酯引入到常規(guī)的Li-O2電解質(zhì)中。這種添加劑對(duì)氧正極和Li 金屬負(fù)極具有明顯的效果。Li-O2電池具有良好的倍率性能，在1000 mA/g 的大電流密度下充電電位顯著降低。HAMIDAH 等[55]研究氟代苯二馬來酰亞胺（F-MI）作為電解液添加劑時(shí)負(fù)極SEI 膜的形成產(chǎn)物和機(jī)理。F-MI 具有高電負(fù)性和高吸電基團(tuán)，可提高負(fù)極的不可逆放電容量，含0.1%的F-MI 可誘導(dǎo)SEI 膜的形成，抑制電解液的后續(xù)發(fā)展，提高電池的循環(huán)性能。ALVARADO 等[56]通過實(shí)驗(yàn)和分子尺度模擬研究了向金屬鋰電池中的醚電解質(zhì)中摻入兩種鹽的電化學(xué)性能和機(jī)械效應(yīng)。Li/Cu 電池的效率和循環(huán)穩(wěn)定性的改善與初始鋰成核過程直接相關(guān)，如通過低溫聚焦離子束（cryo-FIB）制備的橫截面觀察到的，沉積在雙鹽電解質(zhì)中的Li薄膜明顯更薄。DONG 等[57]通過在濃乙酸乙酯（EA）基電解質(zhì)中添加電化學(xué)“惰性”二氯甲烷（DCM）作為添加劑，共溶劑電解質(zhì)在70 ℃表現(xiàn)出高離子電導(dǎo)率（0.6 mS/cm）、黏度（0.35 Pa·s）和寬范圍的電位窗（0～4.85 V）。

4 電池技術(shù)

4.1 固態(tài)電池

NAVARRO 等[58]用乙醇和乙酸乙酯的混合液作為溶劑通過蒸發(fā)法將固體電解質(zhì)Li6PS5Cl 包覆到LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC）表面，制備出固態(tài)電池的復(fù)合正極。由于電解質(zhì)和正極材料之間有良好的接觸，固態(tài)電池初始放電容量達(dá)160 mA·h/g，20周循環(huán)后容量保持80%，同時(shí)庫侖效率為100%。WANG 等[59]用共燒結(jié)的方法，使用Li3BO3作為燒結(jié)劑連接LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2（NMC）正極材料與Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12固態(tài)電解質(zhì)，構(gòu)建了固態(tài)電池，并且將NMC 的小的一次顆粒與大的二次顆粒做對(duì)比，研究了界面黏附、機(jī)械保持、內(nèi)部電阻演化和電化學(xué)性能。結(jié)果表明，界面阻抗會(huì)在充電時(shí)衰減，放電時(shí)增加，結(jié)果表現(xiàn)為一個(gè)循環(huán)后界面阻抗總體增加，且隨著循環(huán)的進(jìn)行，界面機(jī)械衰減會(huì)累積，導(dǎo)致容量衰減和低的庫侖效率。小的NMC 一次顆粒構(gòu)建的固態(tài)鋰電池表現(xiàn)出有規(guī)律的顆粒分布，減輕了的局域體積改變以及緩和的界面機(jī)械衰減，從而獲得更小的電阻改變和更好的電化學(xué)性能。LI 等[60]通過在氬氣氣氛中900℃煅燒包覆了Li6.4La3Zr1.4Ta0.6O12（LLZTO）顆粒的銅泡沫，在銅泡沫上生成了一層以LLZTO 基人工SEI。高溫下Cu 和Ta2O5在Cu/LLZTO 界面相互擴(kuò)散，所以生成的SEI 被錨固在銅集流體上。這種集流體的3D 結(jié)構(gòu)減小了電流密度，人工SEI減小了鋰金屬和電解液之間的反應(yīng)，同時(shí)錨固結(jié)構(gòu)能承受鋰沉積引起的體積變化。該材料循環(huán)壽命高達(dá)2400 h，電流密度最高可達(dá)20 mA/cm2，100 周內(nèi)面容量高達(dá)8 mA·h/cm2，同時(shí)效率超過98%。KAWAGUCHI 等[61]選用LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2（NCM）為主體材料，引入Na2SO4模型硫化物固態(tài)電解質(zhì)，采用振動(dòng)混合、研缽研杵混合以及干燥撞擊混合三種方法，用Na2SO4顆粒包覆NCM 電極顆粒，并比較三種方法的效果。相比而言，干燥撞擊混合制備的復(fù)合顆粒中NCM 被Na2SO4更完全地覆蓋，連續(xù)的Na2SO4層會(huì)在NCM 顆粒上形成。干燥涂覆方法制備的NCM 顆粒具有更好的分散性、更少的空洞空間以及緊密的NCM-Na2SO4界面連接，用于全固態(tài)電池中很可能顯著提高電池性能。TSUKASAKI 等[62]研究了LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2（NMC）-LPS 復(fù)合材料中的玻璃態(tài)LPS 的結(jié)晶行為。通過原位TEM 檢測復(fù)合材料中玻璃態(tài)LPS 的析出結(jié)晶相。在與NMC 接觸的玻璃態(tài)LPS 中，大約250 ℃時(shí)析出β-Li3PS4晶相，高于400 ℃時(shí)析出Li4P2S6和 Li2S 晶相，不與NMC 接觸的玻璃態(tài)LPS 中，從250 ～500 ℃只有β-Li3PS4晶相析出。此外，第一性原理計(jì)算表明，充電過程中若有脫鋰態(tài)的NMC 存在，β-Li3PS4會(huì)分解為Li4P2S6和Li2S。因此，LPS 與NMC 的界面接觸對(duì)NMCLPS 復(fù)合材料中LPS 的結(jié)晶行為及其相關(guān)放熱反應(yīng)具有重要影響。XIA 等[63]通過磁控濺射成功將三維LiMn2O4（LMO）納米線陣列以控制薄膜生長的方式直接沉積在導(dǎo)電襯底上。同時(shí)以LiPON為電解質(zhì)，鋰金屬為負(fù)極制作出了3D 薄膜電池和2D 薄膜電池。結(jié)果表明3D 薄膜電池表現(xiàn)出更優(yōu)異的電化學(xué)性能，1 C 時(shí)的容量為121 mA·h/g，20 C 時(shí)容量高達(dá)83 mA·h/g，同時(shí)循環(huán)500 周后容量保持90%。與二維平面薄膜相比，正極垂直排列的納米線陣列結(jié)構(gòu)可以顯著減輕正極表面無序LMO 的形成，大幅度降低了界面電阻，提高了倍率性能。SALIAN 等[64]使用電聚合的方法將甲基丙烯酸甲酯-聚乙二醇（MMA-PEG）填充在多孔的LiNi0.5Mn1.5O4正極片中，并以自組裝的TiO2納米管作為負(fù)極組裝全固態(tài)電池，該電池顯示出了122 mA·h/g 的首周容量，10 周后容量保持率為72%。SUZUKI 等[65]通過機(jī)械球磨法將硫、乙炔黑和電解質(zhì)Li3.25Ge0.25P0.75S4混合制備了全固態(tài)電池的復(fù)合正極。電池的容量取決于球磨時(shí)間，當(dāng)球磨時(shí)間為300 min 時(shí)初始充放電容量超過1500 mA·h/g，但循環(huán)性能很差。失效表明長時(shí)間的球磨會(huì)破壞材料的晶體結(jié)構(gòu)，引起S 和電解質(zhì)間的副反應(yīng)，同時(shí)電池存在的不可逆反應(yīng)，增加了復(fù)合正極材料的內(nèi)阻。此外，固體電解質(zhì)本身會(huì)發(fā)生嵌鋰和脫鋰，導(dǎo)致材料結(jié)構(gòu)和成分發(fā)生變化，增大了內(nèi)阻。NOH等[66]研究了在全固態(tài)電池復(fù)合正極中，活性材料、固體電解質(zhì)和導(dǎo)電碳的混合順序?qū)﹄姵匦阅艿挠绊懗潭?。由于?dǎo)電碳在復(fù)合正極中的數(shù)量有限，其位置對(duì)電池性能的影響尤為重要，將導(dǎo)電碳集中在活性顆粒界面，可以降低界面阻抗，提高放電容量，而將導(dǎo)電碳集中在間隙區(qū)域有利于提高電子電導(dǎo)率，從而提高倍率性能，所以作者將一半導(dǎo)電碳與固體電解質(zhì)混合，同時(shí)保留另一半在最終混合，可以同時(shí)獲得高初始容量和高倍率性能。CHEN等[67]用二維成像X 射線吸收光譜研究了片式全固態(tài)鋰離子電池復(fù)合電極中黏結(jié)劑材料對(duì)反應(yīng)分布的影響，結(jié)果表明，正極活性材料和固體電解質(zhì)在復(fù)合電極中的分散狀態(tài)顯著影響了離子導(dǎo)電通道的形成，從而影響了反應(yīng)的分布。為了抑制反應(yīng)的非均勻分布，從極性的角度選擇合適的黏結(jié)劑與溶劑的組合，控制復(fù)合電極的形貌是制備片式全固態(tài)電池復(fù)合電極的關(guān)鍵。KIZILASLAN 等[68]研究了用Li3N 涂層保護(hù)鋰金屬對(duì)全固態(tài)鋰硫電池性能的影響。研究結(jié)果表明，采用Li3N 涂層保護(hù)鋰金屬不影響電池的電化學(xué)特性，對(duì)鋰金屬負(fù)極的電荷轉(zhuǎn)移沒有明顯的阻礙。Li3N 涂層的保護(hù)抑制了鋰金屬同固體電解質(zhì)間的反應(yīng)，延長了電池的循環(huán)壽命。WESTOVER等[69]為了研究LiPON 電解質(zhì)對(duì)鋰枝晶的抑制作用，提出了一種薄膜電池結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括鈷酸鋰正極、LiPON 電解質(zhì)、帶有銅集流體的頂層以及與正極平行的人工LiPON-LiPON 界面。電化學(xué)循環(huán)過程中，鋰金屬快速沉積在銅集流體的邊緣，然后進(jìn)入LiPON-LiPON 界面，由于Li 被限制此界面內(nèi)，因此證實(shí)了LiPON 抑制Li 穿透的能力，構(gòu)建均勻無界面的LiPON 是抑制鋰枝晶的關(guān)鍵。RAGONES 等[70]使用3D 打印技術(shù)構(gòu)建了低應(yīng)力結(jié)構(gòu)的LTO/Li 和LFP/Li 兩種固態(tài)電池，使用離子液體鹽作為固體電解質(zhì)，使用交錯(cuò)螺旋結(jié)構(gòu)降低正負(fù)極循環(huán)中的體積形變，協(xié)同提升了固態(tài)電池循環(huán)和倍率特性。OTOYAMA 等[71]為研究在全固態(tài)電池中對(duì)石墨復(fù)合負(fù)極實(shí)現(xiàn)均一電極反應(yīng)所需的適宜的組分，通過將石墨顆粒與75Li2S·25P2S5非晶顆粒按不同的質(zhì)量比x∶100-x（x= 50、60、70）混合制備石墨復(fù)合負(fù)極，將其用于全固態(tài)電池中測試其電化學(xué)性能，并且使用光學(xué)顯微鏡對(duì)不同組分的電化學(xué)鋰化后的復(fù)合電極進(jìn)行觀察，通過石墨顆粒顏色改變來研究反應(yīng)分布。結(jié)果表明，x為50 的電極所裝電池表現(xiàn)出最高的可逆容量（超過250 mA·h/g）且具有均勻的反應(yīng)分布。

4.2 鋰空/鋰硫及其他電池技術(shù)

SHU 等[72]使用利用納米SiO2氣凝膠結(jié)合黏合劑PVDF-HFP 作為電解質(zhì)層構(gòu)建了一種準(zhǔn)固態(tài)Li-O2電池，離子電導(dǎo)率達(dá)到9.3×10-3S/cm。利用PVDF-HFP 疏水特性和高疏水結(jié)構(gòu)可以有效的抑制空氣中的水分滲入電解質(zhì)，穩(wěn)定金屬鋰界面提高Li-O2電池循環(huán)性能。CHANG 等[73]用經(jīng)過還原的氧化石墨烯納米片（rGO）和主要包含Si、O 的彈性橡皮泥（SP）在S/C 正極表面設(shè)計(jì)了一層自適應(yīng)型多功能中間層（rGO-SP），在鋰硫電池體系中有效地抑制了多硫化物的穿梭效應(yīng)，同時(shí)由于具有自愈黏彈性，rGO-SP 能夠逐漸被注入到活性材料顆粒之間的縫隙中，從而封閉裂紋，在正極材料上形成致密的全方位導(dǎo)電保護(hù)層，提高了電池的循環(huán)穩(wěn)定性。在1 C 倍率下，電池循環(huán)1000 周后容量保持586 mA·h/g，容量衰減僅為每周0.03%。YANG 等[74]對(duì)三維多孔碳納米管海綿進(jìn)行了機(jī)械化學(xué)法處理，在碳納米管表面生成納米螺旋溝槽，此納米螺旋溝槽具有高度親硫化物和親鋰特性，抑制了多硫化物的穿梭（尤其在高硫負(fù)載量的情況下），同時(shí)作為負(fù)極時(shí)有效改善了鋰的沉積/剝離。將硫夾在兩塊改性過的三維多孔碳納米管海綿中間，并壓制成正極，同時(shí)將熱鋰注入改性過的三維多孔碳納米管海綿制成負(fù)極。制成的鋰硫電池表現(xiàn)出高達(dá)13.3 mA·h/cm2的面容量，即使電流密度增加10 倍（16 mA/cm2），面容量也只是略有減少，顯示出 “電池級(jí)” 的高能量密度和高功率。GUPTA 等[75]針對(duì)鋰硫電池中多硫離子對(duì)電池效率和自放電問題，研究了多種電解液溶劑在鋰硫電池循環(huán)中的演化過程，結(jié)果證明在高硫負(fù)載率和少量電解液情況下，通過提高溶劑對(duì)多硫化物溶解度反而能提升電池的循環(huán)壽命，但作者發(fā)現(xiàn)溶劑本身的介電常數(shù)對(duì)鋰硫電池的循環(huán)性能也具有一定影響，最終的循環(huán)性能應(yīng)是一種雙效關(guān)聯(lián)模式。LIM 等[76]使用TiO2氣凝膠作為原料制備了一種具有高電子電導(dǎo)的三維多孔TiN 電極并研究了在鋰硫電池中的應(yīng)用。研究發(fā)現(xiàn)TiN 不僅具有吸附多硫離子能力還兼具催化硫化物分解能力，在一體化高電導(dǎo)集流體的作用下，鋰硫電池實(shí)現(xiàn)了5 C 倍率1000 次循環(huán)剩余容量88%。CHEN等[77]考慮到硫化聚丙烯腈在醚類電解液中表現(xiàn)出差的電化學(xué)性能，對(duì)硫化聚丙烯腈摻雜了少量的硒，加速了氧化還原反應(yīng)，抑制了多硫化物溶解，使其在碳酸鹽電解液和醚類電解液中都表現(xiàn)出出色的性能。摻雜后的硫化聚丙烯腈具有高的可逆容量（在0.2 A/g 下為1300 mA·h/g）、84%的活性材料利用率、高的倍率性能（在10 A/g 下容量可達(dá) 900 mA·h/g）以及出色的循環(huán)性能。該工作得到了一個(gè)醚類電解液兼容的包含中間產(chǎn)物L(fēng)i2Sn（n≤4）的硫正極（具有出色的倍率性能和循環(huán)性能）。THIEN 等[78]考慮到Li-S 電池仍有許多需要解決的問題（結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性、多硫化物穿梭效應(yīng)以及由于Li 枝晶的形成與生長造成的電池不安全性和差的倍率性能等），結(jié)合[聚硫-co-二乙烯基苯（DVB）]正極、碳纖維中間層和預(yù)鋰化硬碳（Li-HC）負(fù)極，構(gòu)建了安全穩(wěn)定的鋰離子-硫電池（LISB），緩解了Li-S電池的一些問題。構(gòu)建的該LISB 具有非常出色的循環(huán)穩(wěn)定性和倍率性能。LI 等[79]使用含有磁性顆粒的微乳液法涂布鋰離子電池正極，構(gòu)建一種具有縱向排布通孔的超高面負(fù)載率（14 mA·h/cm2，厚度＞400 μm）LCO 電極。借助這種通孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得電極具有良好的倍率特性，可達(dá)到目前商用鋰離子電池厚極片5 倍左右的面容量。ZHENG 等[80]使用兩層碳纖維布和無黏合劑的LiCoO2粉末構(gòu)建了三維連續(xù)電子通道的電極，依托該結(jié)構(gòu)LiCoO2正極厚度可達(dá)到300～800 μm，面容量發(fā)揮達(dá)到10～28 mA·h/cm2。

5 電池表征、電池模型和測量技術(shù)

SUN 等[81]通過X 射線、中子掃描和掃描電子顯微鏡等分析手段，首次揭示了鋰負(fù)極的形態(tài)演變與鋰空電池電化學(xué)性能之間的相關(guān)性，并證明與化學(xué)/電化學(xué)副反應(yīng)相關(guān)的鋰負(fù)極的不可逆轉(zhuǎn)化與觀察到的電化學(xué)性能衰減密切相關(guān)。CHENG 等[82]展示了用受激拉曼散射顯微鏡技術(shù)來在鋰離子電池研究中的應(yīng)用，使用這種技術(shù)使得鋰離子在電解液和電極界面的沉積過程稱為可視化的過程，展示了對(duì)于一個(gè)不平坦的鋰沉積層，鋰離子是如何聚集的，認(rèn)為受激拉曼散射顯微鏡技術(shù)在材料和能源領(lǐng)域是一個(gè)非常有用的工具。PARK 等[83]采用飛秒激光加工方法，在無熱效應(yīng)的情況下，從NCM電極表面到鋁箔表面形成規(guī)則間距的溝槽，研究了激光刻蝕對(duì)不同厚度（100～210 μm）和不同孔隙率（26%和50%）的NCM 正極的性能影響。結(jié)果指出，激光刻蝕顯著提高了厚電極和致密電極的倍率性能。此外，由于激光刻蝕使電極表面積增大，在大電流速率下，得到的厚電極和致密電極的比能量隨厚度和孔隙率的增大而增大，同時(shí)提高或保持了功率密度。同時(shí)作者指出激光刻蝕提高電極的功率密度和能量密度的，主要是因?yàn)殇囯x子擴(kuò)散和電池極化得到了改善。WEISS 等[84]研究了固體電解質(zhì)LiPON 與醚類電解液界面的SEI 形成過程，發(fā)現(xiàn)在電子絕緣的固體電解質(zhì)外側(cè)依舊會(huì)形成SEI，并觀察到在初始界面處產(chǎn)生了由LiPON 和電解液形成針孔狀不均勻的Li2CO3和LiF 層，并在循環(huán)過程中有機(jī)組分會(huì)逐漸黏附填充在原始SEI 中，造成電池阻抗的總體增加。BUGRYNIECA 等[85]使用絕熱加速量熱技術(shù)（ARC）和烘箱暴露實(shí)驗(yàn)用于檢測鋰離子電池中的溫度失控。結(jié)果顯示，在SOC 為100% 和 110%時(shí)，正極和負(fù)極的反應(yīng)為熱失控的主要因素。但是在較低的SOC 時(shí)，正極反應(yīng)在熱失控中占主導(dǎo)地位。SOC 為100%的電池暴露于高溫烘箱中的實(shí)驗(yàn)表明，烘箱溫度高于200 ℃時(shí)，正極材料與電解液的反應(yīng)導(dǎo)致了熱失控更加嚴(yán)重。對(duì)比在ARC 和烘箱測試中放出的熱量，顯示ARC 實(shí)驗(yàn)中獲得的電池的自放熱要比烘箱測試中的少。LEE 等[86]探索了冷凍聚焦離子束（FIB）方法量化表征電化學(xué)沉積的Li 的塊體形貌，并且將冷凍FIB 與冷凍TEM 結(jié)合，使得TEM 可以觀察Li 金屬與固態(tài)電解質(zhì)界面，還探討了電解質(zhì)的選擇對(duì)沉積Li 的密度與形貌的影響。HAN 等[87]針對(duì)在Li7La3Zr2O12（LLZO）和Li2S-P2S5中Li 枝晶的形成比在液態(tài)電解質(zhì)中更容易的現(xiàn)象，通過時(shí)間分辨原位中子深度分析（NDP），監(jiān)控在三種典型的固態(tài)電解質(zhì)LiPON、LLZO 和非晶Li3PS4中，Li 沉積時(shí)Li 濃度剖面的動(dòng)態(tài)演化，研究了其中枝晶形成的起源。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在LiPON 中未觀察到明顯的Li 濃度改變，但在塊體的LLZO 和Li3PS4中可視化了Li 的直接沉積，并且發(fā)現(xiàn)了LLZO 和Li3PS4高的電子傳導(dǎo)率是在這些固態(tài)電解質(zhì)中枝晶形成的主要原因。該工作表明對(duì)于全固態(tài)電池的發(fā)展，降低固態(tài)電解質(zhì)的電子傳導(dǎo)率十分關(guān)鍵。MA等[88]通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)值模擬和數(shù)學(xué)計(jì)算，預(yù)測了多孔石墨-硅復(fù)合材料最小膨脹率。這種復(fù)合負(fù)極在半電池中具有較高的比容（527 mA·h/g）和首周庫侖效率（93%），在全電池結(jié)構(gòu)中經(jīng)過100個(gè)循環(huán)后，仍比傳統(tǒng)石墨（361.4 mA·h/cm3和1376.3 W·h/L）具有更高的體積容量（493.9 mA·h/cm3）和能量密度（1825.7 W·h/L）。BUCHNER 等[89]針對(duì)正極材料界面SEI 難表征和研究問題，采用了蒸發(fā)沉積法將碳酸亞乙酯蒸汽冷凝在嵌鋰和脫鋰態(tài)鈷酸鋰薄膜電極表面，并通過研究正極材料界面對(duì)電解液溶劑分子的催化分解的能力以及界面SEI 組分。CAMPBELL 等[90]使用不同的電池冷卻方法來揭示在快速充電期間由電池自加熱產(chǎn)生的電壓平臺(tái)和濃度梯度的關(guān)系。使用差分電壓（DV）分析提供解決方案，證實(shí)可以觀察到鋰剝離。提出了使用電壓平臺(tái)終點(diǎn)梯度的新方法來擴(kuò)展該技術(shù)的靈敏度，從而能夠測量較低水平的鋰剝離和電沉積。

6 理論計(jì)算、界面反應(yīng)及其他

DING 等[91]通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)了LiNiyCo1-yO2（y=0、0.1、0.5 和0.8）正極材料中的Ni 的局部角變形，發(fā)現(xiàn)由于Jahn-Teller 形變[NiO6]9-產(chǎn)生了局部沿著C3 軸5-9 度的變形，隨著Al 的含量增加，角變形程度減小。KUNO 等[92]用第一性原理計(jì)算了尖晶石LiNi0.5Mn1.5O4和EC 電解液在尖晶石的（100）面上脫嵌鋰的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)未循環(huán)時(shí)候正極的（100）面對(duì)于EC 電解液是穩(wěn)定的，在脫鋰態(tài)時(shí)，由于脫鋰表面氧的形成，促進(jìn)了EC 的分解。BETZ 等[93]提出估算電池材料的實(shí)際能量密度的方法，針對(duì)不同的材料采用不同的假設(shè)進(jìn)行估算，分別估算了6 種不同材料體系18650 柱狀電池的能量密度。BROGIOLI 等[94]對(duì)氧化物電解質(zhì)LLZO（Li7La3Zr2O12）和PEO 界面的空間電荷層進(jìn)行了理論研究。通過推導(dǎo)界面處的泊松方程并得到解析解，可以得到不同鋰鹽濃度下兩側(cè)的電荷密度和電勢，進(jìn)而可以得到界面處出電阻和電導(dǎo)。將模型與實(shí)驗(yàn)測得的阻抗譜對(duì)比，發(fā)現(xiàn)兩者吻合度非常高，且界面的高阻抗并非來自空間電荷層效應(yīng)，而是本征的鋰離子遷移勢壘。DEUTSCHEN 等[95]通過模型研究影響電池自放電的因素，尤其是擱置時(shí)間對(duì)自放電的影響，并以三元鎳錳鈷氧化物（NMC）/graphite 電池為例進(jìn)行了模型驗(yàn)證。GALUSHKIN等[96]研究了NMC111/石墨組成的全電池在循環(huán)過程中的氣體產(chǎn)生，結(jié)果表明電解液分解將會(huì)產(chǎn)生CO、CO2和H2，其中CO 和H2的產(chǎn)生是由于電解液中有機(jī)溶劑的電化學(xué)分解，CO2的產(chǎn)生涉及到正極材料晶格氧的參與。同時(shí)發(fā)現(xiàn)H2在整個(gè)電化學(xué)過程中將會(huì)持續(xù)不斷的產(chǎn)生，在充電過程中產(chǎn)生的H2會(huì)存儲(chǔ)在石墨負(fù)極的孔洞中，在放電過程中釋放。SHIN 等[97]在EC 的輔助下合成了多孔的P（VDF-HFP）隔膜，這種隔膜能夠有效吸收Mn2+，消除正極溶解的Mn2+對(duì)負(fù)極的破壞，同時(shí)也具有良好的鋰離子導(dǎo)電性。BELANGER 等[98]在隔膜的兩端涂上300～600 nm 的膨脹石墨，以3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PCTDA）為正極，帶涂層的隔膜允許鋰離子的傳輸，且可阻隔PCTDA 向負(fù)極擴(kuò)散，防止與負(fù)極產(chǎn)生副反應(yīng)，使PCTDA 正極的電化學(xué)性能得到較大提高。LI 等[99]通過簡單地將聚丙烯酰胺接枝的氧化石墨烯分子涂覆到商業(yè)聚丙烯隔膜上來開發(fā)功能性多孔雙層復(fù)合隔膜，實(shí)現(xiàn)了在高電流密度（2 mA/cm2）下具有高庫侖效率（98%）和超長期可逆鋰電鍍/剝離（超過2600 h）的無枝晶均勻鋰沉積。ATTIA 等[100]研究了碳黑表面SEI 的形成，發(fā)現(xiàn)碳黑表面SEI 的生長受到三個(gè)因素的影響，電壓越高，充放電倍率越大，SEI 生長越劇烈，同時(shí)在鋰化過程中SEI 生長比脫鋰過程更快。