張 華，田孟羽，季洪祥，田 豐，起文斌，金 周，武懌達，詹元杰，閆 勇，俞海龍，賁留斌，劉燕燕，黃學杰

（中國科學院物理研究所，北京 100190）

1 正極材料

1.1 層狀氧化物正極材料

Aishova等[1]發(fā)現(xiàn)NM90[Li(Ni0.9Mn0.1)O2]比其它兩個含Co的正極[Li(Ni0.9Co0.1)O2、Li(Ni0.9Co0.05Mn0.05)O2]具有更好的循環(huán)保持率。NM90的放電比容量為236mA·h/g，在4.4 V、30℃百周循環(huán)保持率為88%，在4.3 V、60℃百周循環(huán)保持率為93%。Mu等[2]使用Mg/Ti共摻雜LiNiO2，展示出了良好的塊體及表面穩(wěn)定性。其中Mg是均勻摻雜在材料內(nèi)，Ti是摻雜在材料表面。Mg/Ti共摻雜的LiNiO2展示出了比能量780 W·h/kg（恒流0.1C），50周循環(huán)保持率為96%；比能量680 W·h/kg（恒流1C），300周循環(huán)保持率為77%。Zhang等[3]設計合成了不同Li+/Ni2+無序程度的層狀LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2正極材料，重點揭示了Li+/Ni2+無序?qū)Ρ砻?體結(jié)構(gòu)演化以及電荷補償機制的影響。高的Li+/Ni2+無序程度提高了電解質(zhì)和電極表面的副反應，并加劇了脫嵌鋰過程中Mn陽離子周圍環(huán)境的變化。值得注意的是，Li+/Ni2+無序可以降低陰陽離子間的靜電相互作用，緩解了充放電過程中的晶格參數(shù)變化。Lee等[4]研究討論了單個LiNi0.835Co0.15Al0.015O2（NCA83）顆粒從不同的截止電壓下快速放電其內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化的不均勻性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，對于從高截止電壓（4.8 V）放電的NCA83顆粒，其表面面積增加，并且恢復了層狀結(jié)構(gòu)，但內(nèi)部退化為尖晶石結(jié)構(gòu)；研究認為這種來自高截止電壓的微納結(jié)構(gòu)反轉(zhuǎn)可能與初始充電態(tài)的結(jié)構(gòu)演化高度關聯(lián)，并可能最終導致循環(huán)穩(wěn)定性的衰減。Nam等[5]合成了一系列高鎳Li（Ni1-x-yCoxAly）O2（NCA）正極（1-x-y=0.8、0.88和0.95），用以研究其容量衰減機理。容量衰減與H2-H3相變引起的各向異性體積變化以及由此引起的微裂紋程度密切相關。裂紋的存在破壞了正極材料的機械完整性，促使電解液滲透到顆粒孔洞內(nèi)部，隨后將加速內(nèi)部一次顆粒的表面衰減。該工作進一步證明，減輕或延緩H2-H3相變是提升高鎳NCA正極循環(huán)性能的關鍵。Gu等[6]針對高鎳三元正極材料界面穩(wěn)定性問題，使用十二烷基磷酸在界面自組裝形成有機磷酸鹽疏水層，高疏水接觸角提升材料的空氣穩(wěn)定性，處理后的正極材料7/14天暴露在空氣中后，200次循環(huán)后容量下降僅為2%。Liu等[7]研究了用鎂摻雜不同的富鎳正極材料，發(fā)現(xiàn)由于鎂電化學惰性的原因，會降低材料的首周放電和充電比容量，可能是由于鎂離子替換鎳離子，從而鎖住了鋰來維持電荷守恒。實驗發(fā)現(xiàn)隨著摻雜鎂含量的提升，材料的dQ/dV曲線會更加順滑，且材料的容量保持率也隨之提升，實驗中還發(fā)現(xiàn)，鎂摻雜對于材料的影響不會被Al、Co離子所影響，證明了高鎳材料沒有Co也能達到含Co的效果。Li等[8]研究了在高電壓近全脫鋰狀態(tài)下，層狀正極氧化物鎳酸鋰中氧的活動，在顆粒表面發(fā)生的不可逆氧損失導致表面結(jié)構(gòu)的惡化，最終導致循環(huán)性能的下降。因此，抑制這些化合物在高壓下的不可逆氧損失是開發(fā)高容量富鎳層狀正極的重要途徑。Giordani等[9]研究了富鋰相化合物中之前被認為是不可逆的電化學過程，即鋰氧化物（一種富含鋰的相）在150°C的鋰鹽熔融鹽中可通過還原硝酸鹽陰離子來生長。利用一套獨立的表征技術(shù)，證明了鎳納米顆粒催化劑可以通過硝酸鹽還原和亞硝酸鹽氧化的有效催化，使微米級鋰氧化物晶體實現(xiàn)可逆生長和溶解，從而獲得高正極面容量（約12 mA·h/cm2）。這些結(jié)果使得可充電電池系統(tǒng)具有1579 W·h/kg的理論總比能量，其中熔融硝酸鹽既是活性物質(zhì)又是電解質(zhì)。Liu等[10]采用截面掃描電子顯微鏡觀察了初始的和重度循環(huán)后的（4.3 V循環(huán)）商業(yè)軟包電池中獲取的單晶LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2（SC532） ， LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2（SC622） 和LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2（SC811）電極，結(jié)果表明單晶材料表現(xiàn)出很少的微裂紋，初始的和重度循環(huán)后的電極SEM圖像沒有明顯差異。在初始和重循環(huán)后的材料中都可以發(fā)現(xiàn)少數(shù)單晶顆粒具有平行裂紋，被認為是電極輥壓過程所導致的。Schweidler等[11]研究了高鎳三元/石墨組成的全電池衰減機理，電化學表征測試數(shù)據(jù)說明該全電池容量的衰減主要來源于正極材料界面阻抗增大，形貌和表面原子結(jié)構(gòu)表征說明高鎳三元正極材料在循環(huán)的過程中表面由層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閹r鹽相結(jié)構(gòu)，同時晶界處出現(xiàn)斷裂。Feng等[12]利用Al（PO3）3與NCM811表面殘余的LiOH/Li2CO3反應生成了具有Li3PO4-AlPO4-Al（PO3）3包覆層的NCM811材料，包覆后的材料具有更加穩(wěn)定的表面結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的電化學性能。David等[13]研究了NCA電極在不同充電截止電壓下的電化學性能，結(jié)果表明通過提高充電截止電壓，NCA的容量能夠超過250 mA·h/g，通過優(yōu)化材料表面結(jié)構(gòu)和電解液有望在高電壓下（≥4.5 V）實現(xiàn)NCA電極的穩(wěn)定循環(huán)。Yasmin等[14]利用溶膠-凝膠的方法合成了La4NiLiO8包覆的NCM材料，經(jīng)過包覆后的材料具有較低的界面阻抗，在25℃循環(huán)500周容量保持率高達91.7%，在60℃循環(huán)200周容量保持率高達84.2%。Bao等[15]通過溶膠-凝膠的方法在 Li1+xMn0.54Ni0.13Co0.13O2（x=0.08、 0.14、 0.20 和0.26）材料表面構(gòu)造了一層含有的LiCoMnO4的尖晶石結(jié)構(gòu)，這種尖晶石結(jié)構(gòu)的分布面積隨著富鋰材料中x值的減少而增多，經(jīng)過表面改性后的富鋰材料具有良好的電化學性能。Bi等[16]在三元富鎳材料表面包覆了一層厚的保護層，區(qū)別于傳統(tǒng)的正極材料包覆層（厚度＜10 nm），其包覆層厚度達到40～50 nm，這層包覆層具有類生物組織結(jié)構(gòu)，包覆后的材料倍率性能幾乎沒有變化，長循環(huán)穩(wěn)定性顯著增加。Cheng等[17]通過原子氣相沉積的方法對三元NCM811材料進行表面包覆和晶界修飾，晶界修飾更能有效地緩解材料顆粒破碎，因此效果優(yōu)于單獨的表面包覆，經(jīng)過包覆后的正極材料在2.7～4.7 V的電壓區(qū)間循環(huán)200周仍有91%的容量保持率。Deng等[18]用實驗證明了可以通過LiCoO2電極的熱穩(wěn)定性來評估LiCoO2/石墨電池的熱穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)對LiCoO2材料進行鋁摻雜能夠極大的提高鈷酸鋰電極的熱穩(wěn)定定性，提高程度與摻雜鋁元素的量有關，同時對LiCoO2進行Al和Ti共摻雜能進一步提高材料的電化學穩(wěn)定性。Li等[19]發(fā)現(xiàn)高電壓充電態(tài)的鈷酸鋰從表面到內(nèi)部存在Co2+/Co3+/Co4+的梯度分布，這是由于充電態(tài)鈷酸鋰和電解液發(fā)生界面副反應，進一步造成表面氧元素丟失引起的，鈷酸鋰材料表面適度的Li-Co互占位有助于減少這種現(xiàn)象的發(fā)生。

1.2 其他正極材料

Liu等[20]合成了Ni/Mn比為1：4的鎳錳酸鋰材料，該材料具有納米球和納米棒的組合形貌，在10 C的倍率下循環(huán)1000周仍有107.8 mA·h/g的容量，他們認為這種優(yōu)異的倍率性能來源于該材料較長的Li—O化學鍵和特定的納米形貌。Sun等[21]利用晶格匹配的思想，首先將Cr元素摻雜入LiNi0.5Mn1.5O4，調(diào)控鎳錳酸鋰的晶格常數(shù)，隨后將LiAlTiO4包覆到摻雜后LiNi0.5Mn1.5O4的表面。HRTEM的結(jié)果表明LiAlTiO4和LiNi0.5Mn1.5O4的界面層形成了額外的緩沖過渡層，經(jīng)包覆后的材料具有良好的電化學性能。

2 負極材料

2.1 金屬鋰負極材料

Lai等[22]研制了一種具有離子梯度和親鋰性的界面膜，有望生產(chǎn)出耐用、高倍率的鋰金屬負極。該膜通過溶膠-凝膠靜電紡絲并燒結(jié)的方法制備，其頂層為離子導電型Li0.33La0.56TiO3納米纖維層（NF），底層為親鋰型Al2O3納米纖維薄膜。在循環(huán)過程中，頂層在負極上方形成了空間均勻的離子場分布，而底層通過減小成核勢壘降低了鋰枝晶形成的驅(qū)動力，使得在5 mA/cm2的高電流密度下，1000 h以上無枝晶的鋰沉積-剝離循環(huán)成為可能。同時所制備的全電池Li//LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在5C倍率下循環(huán)150周后的容量保持高達133.3 mA·h/g。Chen等[23]使用希夫堿基反應在金屬鋰表面構(gòu)筑了一層具有微蜂巢結(jié)構(gòu)的10 nm薄膜，薄膜具有6.8GPa的楊氏模量，在金屬鋰界面發(fā)揮有效的枝晶生長抑制作用。該方法實現(xiàn)了Li│Li電池400 h在1 mA/cm2電流密度下的穩(wěn)定循環(huán)。Chen等[24]使用三維多孔枝晶狀銅集流體作為金屬鋰復合負極骨架，使用電化學沉積法制備了復合金屬鋰三維負極。使用該負極實現(xiàn)了在1 mA/cm2電流密度下600次循環(huán)，庫侖效率穩(wěn)定在98%。Gao等[25]針對金屬鋰與碳酸酯類電解液的大量副反應，使用硅烷對金屬鋰界面進行處理形成鈍化層，通過鈍化處理在界面處形成穩(wěn)定的固體電解質(zhì)層，實現(xiàn)阻隔電解液與金屬鋰直接接觸抑制電池脹氣。所制備的1 A·h軟包電池比能量達到300 W·h/kg，1C倍率下循環(huán)160次容量保持率達到96%。Thenuwara等[26]研究了低溫下金屬鋰在醚類電解液沉積溶解特性的，發(fā)現(xiàn)在低溫下金屬鋰沉積形貌的變化與其界面SEI的形成有很大影響。在-80℃下的醚類電解液中，SEI厚度和LiF的含量均隨著溫度而下降，從而改變了沉積鋰的形貌。認為在低溫下由于界面副反應降低，金屬鋰負極未來可能適用于低溫長循環(huán)環(huán)境。Xie等[27]在金屬鋰表面制備了一層復合電解質(zhì)膜來對其進行保護。先將金屬鋰置于含少量水的DMC溶液中，表面生成一層LiOH，隨后滴加含鋁鹽的電解液，進行進一步反應。SEM等表明該電解質(zhì)膜的厚度約為40 μm，XPS則確認其主要成分為Al2O3、LiAlO2、Li2CO3、LiF。阻抗測試發(fā)現(xiàn)，該電解質(zhì)膜的鋰離子電導率高達1.42×10-4S/cm。其制備的鋰鋰對稱電池具有很好的循環(huán)穩(wěn)定性，且無枝晶生長。Kwang等[28]使用由高介電聚合物、無機粒子和電解質(zhì)復合形成的保護層來抑制鋰枝晶。該保護層中保留了部分的電解液，可在界面處起離子傳輸通道的作用，具有高的離子電導性和機械強度，將該保護層應用于LiMn2O4/鋰電池中，顯示出了較好的倍率性能和循環(huán)保持率。Gao等[25]研究多功能硅化界面（MSI）對鋰枝晶的抑制作用。MSI可以有效引導鋰負極的均勻成核和生長，并抑制鋰負極與電解液之間的副反應。MSI層的高模量和均勻鋰離子通量效應可分別從宏觀和微觀上抑制鋰枝晶的生長，在1C下，NCM523/Li軟包電池可穩(wěn)定循環(huán)160周，且容量保持率可達96%。此外MSI還可以有效的抑制電池的產(chǎn)氣。Ju等[29]考慮到鋰金屬電池的發(fā)展受限于鋰枝晶生長問題，受到生物礦化過程的啟發(fā)，將由蛋殼天然膜中獲取的生物大分子基質(zhì)引入用以控制Li的生長，并使用冷凍電鏡在原子級別上觀察Li的結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，生物大分子的存在有效地抑制了枝晶沿（111）晶向的取向生長，且生物大分子中天然可溶的化學物質(zhì)在循環(huán)過程中可以參與SEI的形成，有效地均勻了Li的沉積，表現(xiàn)出更優(yōu)的循環(huán)能力。He等[30]使用碳氮修飾的不銹鋼網(wǎng)（CNSSM）與鋰金屬結(jié)合，作為復合負極應用于鋰金屬電池中，促進了均勻的鋰金屬成核和新鮮致密鋰沉積的生長，并且采用X-ray納米CT對該復合電極沉積時電極組成和形貌的變化進行了表征。實驗表明，CNSSM修飾的Li金屬與電解液接觸后形成低阻抗的界面相，表現(xiàn)出低的電壓滯后以及穩(wěn)定的、無枝晶鋰金屬電化學沉積行為。Xu等[31]研究了VC電解液添加劑對金屬鋰負極的穩(wěn)定效果，研究顯示添加VC后，金屬鋰電極上電化學沉積的鋰表面SEI呈現(xiàn)馬賽克堆疊結(jié)構(gòu)，由少量Li2O和碳酸鋰、有機鋰化合物組成，而沒有添加VC的SEI為層裝結(jié)構(gòu)，主要有Li2O組成。添加VC能夠有效提升金屬鋰庫侖效率，但會增大電池內(nèi)阻。Lochala等[32]通過在銅箔表面包覆一層WO3來實現(xiàn)對表面沉積金屬鋰SEI的調(diào)控，首次沉積鋰過程中，WO3與鋰離子反應生成Li2O和W。納米金屬W顆粒形成導電網(wǎng)絡，促使死鋰在隨后循環(huán)中逐步分解；Li2O能夠增加SEI中無機鹽含量，提升SEI機械強度和電化學穩(wěn)定性。Brindha等[33]采用氧化物模板法制備了定向的多孔碳作為金屬鋰負極的集流體。這種結(jié)構(gòu)可以極大地減小局部電流密度，其表面張力引起的毛細現(xiàn)象也能誘導金屬鋰在毛細管內(nèi)沉積。此外，碳表面的官能團也有助于SEI的形成。這些機制使得它們能夠?qū)崿F(xiàn)2 mA·h/cm2下的有序沉積而無枝晶生長，且0.5 mA·h/cm電流密度下循環(huán)200周后效率還有96%。Sufu等[34]設計了一種Li-11%-Sr（質(zhì)量分數(shù)）合金陽極，以在氟化電解質(zhì)中形成富含SrF2的SEI。密度泛函理論（DFT）計算和實驗表征表明，富含SrF2的SEI與鋰金屬的界面能大，機械強度高，可以通過同時促進沉積的鋰金屬和金屬的橫向生長來有效抑制鋰枝晶的生長。Cui等[35]通過簡單的取代反應大規(guī)模制備具有親硫性Ag納米粒子的改性平面Cu集流體。結(jié)果，鋰金屬顯示出具有相似大小和均勻分布的鵝卵石狀形態(tài)，而不是鋰枝晶。有趣的是，在集電極的界面上形成了具有快速離子擴散通道的蛋殼狀形態(tài)的高質(zhì)量固體電解質(zhì)中間層，在長期循環(huán)下表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。此外，在1 mA/cm2的電流密度（1 mA·h/cm2）下，Ag改性的平面Cu集電極顯示出超低的成核超電勢（接近0 mV）和超過600次循環(huán)的98.54%的穩(wěn)定庫侖效率，Li|Cu-Ag@Li電池中的使用壽命長達900 h以上，這表明該方法具有制作穩(wěn)定Li金屬電池的能力。

2.2 硅基負極材料

Ma等[36]通過熱氧化處理石墨，得到內(nèi)部含有大量孔隙的石墨，之后在其表面通過氣象沉積生長一層Si，制備得到硅負載量為17%（質(zhì)量分數(shù)）的多孔石墨。石墨中的孔隙為Si的體積膨脹提供了緩沖空間，相比普通的石墨/Si電極，這種多孔石墨/Si電極在100周循環(huán)后膨脹率更低，電芯壽命和體積能力密度都有顯著提升。Jantke等[37]提出通過較淺的鋰化深度來實現(xiàn)微米硅在電池中的實際應用，研究了4.5 μm、0.8 μm和180 nm三種粒度的硅粉的首次庫侖效率，完全鋰化情況下，微米硅的首次效率只略高于納米硅，4.5 μm硅粉鋰化深度在20%～80%情況下首次效率最高，約達到93%，0.8 μm的硅粉鋰化深度在約50%情況下首次效率最高，接近90%。建議對于體積能量密度要求較高的電池體系，可以將微米硅的鋰化深度控制在40%～50%，而對于循環(huán)壽命要求較高的電池體系，可以將微米硅的鋰化深度控制在30%。Chen等[38]以多孔碳為載體，以Sn原子團簇為催化劑，在多孔碳表面沉積了Si的納米點，制備得到了高性能Si/Sn/C材料。其中Sn原子團簇來源于三苯基氫化錫（triphenyltin hydride，TPT）熱分解，Sn原子催化劑可以打斷Si—C化學鍵，避免Si沉積過程中形成SiC。由于納米Si、Sn顆粒很小且在碳載體上負載均勻，材料1500周循環(huán)容量無明顯衰減。Zhu等[39]認為限制硅負極庫侖效率的一大原因是鋰離子會被硅捕獲而失去活性，而這一點經(jīng)常被人們忽視。通過在Si中引入Ge原子，形成Si-Ge合金，提升鋰離子在硅中的擴散動力學性能，減少硅對鋰離子的捕獲，減少不可逆鋰損失。實驗表明在Si中摻雜0.625%的Ge能夠減少70%的鋰損失，將納米硅的首次庫侖效率提升到90%。Liu等[40]在膨脹石墨層間插入納米硅顆粒制備得到二維結(jié)構(gòu)石墨烯/硅復合負極材料，之后使用硅烷進行表面處理，通過環(huán)氧化學鍵增強Si與CMC黏結(jié)劑之間的鍵合作用，增強電極機械穩(wěn)定性。Harpak等[41]開發(fā)了一種無需催化劑的垂直生長的碳納米管陣列，之后使用硅烷CVD化學氣象沉積在碳納米管表面生長硅，得到核殼結(jié)構(gòu)一維硅碳復合負極材料，碳納米管基體為硅提供了高效導電網(wǎng)絡，提升硅循環(huán)穩(wěn)定性。Huang等[42]開發(fā)了一種用于硅負極的高彈性凝膠聚合物電解質(zhì)，該聚合物含有柔性的醚鏈和硬性的環(huán)狀基團，導致其具有高彈性，能夠抑制硅負極的體積膨脹。將該聚合物的溶液涂覆在SiO電極片表面，聚合物擴散進入電極內(nèi)部，之后吸附電解液形成聚合物電解質(zhì)，能夠?qū)iO電極首周嵌鋰體積膨脹由194%減小到153%，有效緩解SiO電極的體積效應。

2.3 其他負極材料

Han等[43]通過水熱法在螺旋狀SiO2載體上生長納米Co3O4，制備得到彈簧狀共軸分級結(jié)構(gòu)SiO@Co3O4負極材料，特殊的結(jié)構(gòu)設計能夠有效緩解Co3O4脫嵌鋰過程中的體積形變，保持材料結(jié)構(gòu)完整性。此材料比容量隨循環(huán)持續(xù)增加，400周后比容量770 mA·h/g，效率99.8%。

3 電解質(zhì)及添加劑

3.1 固態(tài)電解質(zhì)

Jiang等[44]用流延成型法制得25 μm厚的陶瓷氧化物鈣鈦礦型Li0.34La0.56TiO3（LLTO）電解質(zhì)，相較于冷壓法制成的厚的電解質(zhì)（>200 μm）鋰離子電導率從9.6×10-6到 2.0×10-5S/cm。 以 45 μm 厚 的LLTO制成的全固態(tài)鋰金屬電池首周放電比容量145 mA·h/g，50周循環(huán)保持率為86.2%。Li等[45]提出了應用于全固態(tài)鋰金屬電池的復合電解質(zhì)類珍珠層的陶瓷/聚合物電解質(zhì)（NCPE），其同時具有陶瓷電解質(zhì)及聚合物電解質(zhì)的優(yōu)點，并且用其做出的電池電化學性能比單獨的電解質(zhì)做出的電池電化學性能要好。一個應用NCPE為電解質(zhì)的軟包電池在室溫下展現(xiàn)出了百周循環(huán)容量保持率為96.2%的極佳的穩(wěn)定性。Al-Masri等[46]報道了一種可用于鋰金屬電池的準固態(tài)高鋰鹽濃度電解質(zhì)，其包含90%雙氟磺酰亞胺鋰鹽（LIFSI）和10%FSI（摩爾分數(shù)）基導電吡咯鎓鹽有機離子塑性晶體（OIPC）。該準固態(tài)電解質(zhì)在30℃下實現(xiàn)了0.24 mS/cm的離子電導率，鋰離子遷移數(shù)達到了0.68，同時實現(xiàn)了鋰負極的穩(wěn)定電化學循環(huán)。Li|Li對稱電池在0.1 mA/cm2的電流密度下穩(wěn)定循環(huán)了100 h。Li等[47]在氧化物固體電解質(zhì)LLZO表面引入分子基團，并將其混入PEO凝膠電解質(zhì)中增強其離子電導。相比于單純的將兩種電解質(zhì)進行混合，引入表面分子基團可以為鋰離子提供更快的傳輸通道，這一點也被NMR實驗所證實。據(jù)此制備的全固態(tài)金屬鋰電池在室溫下就能釋放出較高的容量，并具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性。Shen等[48]采用凍結(jié)帶澆鑄法制備了多孔的LLZO電解質(zhì)基底。通過斷層掃描等形貌以及空隙尺寸方面的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)在相當大的溶度范圍內(nèi)，制備的膜都具有相似的孔徑大小和孔隙率，最高的高達75%。將其與PEO基電解質(zhì)復合，得到的鋰離子電導率高于單純的PEO電解質(zhì)或者電解質(zhì)納米顆粒與PEO簡單混合的復合電解質(zhì)。Liu等[49]通過氟代碳酸乙烯酯（FEC）和二氟草酸硼酸鋰的開環(huán)聚合得到一種不可燃且可耐高電壓的聚合物電解質(zhì)（HVTPE），可耐5.5 V。HVTPE具有較低的HOMO能量，表明其具有較高的抗氧化能力，可避免在正極界面處電解質(zhì)的持續(xù)分解?；贖VTPE的4.45 V級LiCoO2電池在0.05C下具有173.2 mA·h/g的比容量，以4.9 V的LiNi0.5Mn1.5O4作為正極時，電池可在1C下穩(wěn)定循環(huán)。此外，HVTPE的模量高達2.3 GPa，可有效抑制Li枝晶的滲透。Zou等[50]研究以多孔芳香骨架（PAF-1）作為包裹LiPF6的基質(zhì)，并作為鋰離子電池的固體電解質(zhì)。計算結(jié)果表明，Li+與PAF-1芳香骨架之間具有較高的結(jié)合能。此外，固體核磁共振（ssNMR）和交流阻抗譜結(jié)果顯示，PAF-1與Li+結(jié)合后，具有足夠高的孔隙體積，可快速運輸Li+。LiFePO4/LiPF6@PAF-1/Li固態(tài)電池在低電流密度和高電流密度下均表現(xiàn)出優(yōu)異的充放電能力和循環(huán)穩(wěn)定性，可實現(xiàn)高達5C的高倍率循環(huán)。Li等[51]考慮到目前對綜合性能更優(yōu)的固態(tài)電解質(zhì)的需求越來越高，合成了一種可以用水作為合成媒介的鹵化物Li+超離子導體Li3InCl6。合成的Li3InCl6在25℃下具有2.04 x10-3S/cm的高離子傳導率，且溶于水后可以恢復其離子傳導率。實驗表明該電解質(zhì)與LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極結(jié)合，構(gòu)建的固態(tài)Li電池表現(xiàn)出很好的循環(huán)穩(wěn)定性。Weng等[52]展示了一種超?。ā?00 nm）鋰離子聚合物膜，該膜由嵌有多面體低聚倍半硅氧烷的鋰交換的磺化聚醚醚酮組成，作為銅或鋰上的涂層，可實現(xiàn)在碳酸鹽-碳酸鹽中的有效且穩(wěn)定的鋰電鍍-剝離循環(huán)。Chen等[53]確定了鋰離子傳導陶瓷Ohara LICGC?陶瓷表面對聚合物電解質(zhì)的分段動力學和離子電導率的影響，與純PEO+LiTFSI相比，存在LiTFSI的情況下，Ohara陶瓷將PEO鏈的節(jié)段運動減慢了約60%。這些結(jié)果的基礎可能是陶瓷表面附近的聚合物鏈由于與表面結(jié)合的鋰離子配位而流動性較低。

3.2 其他電解液/添加劑

Lu等[54]使用含Al離子的離子液體在金屬鋰界面形成Li-Al合成層，借助合金的離子快速傳輸能力實現(xiàn)金屬鋰枝晶生長抑制和高倍率循環(huán)。使用該種電解液實現(xiàn)在10 mA/cm2電流密度下，以5 mA·h/cm2容量下Li-Li電池循環(huán)300 h不短路。Ahmed等[55]制備鋰（氟磺酰基）{[3-（1-甲基-1H-咪唑-3-氦-3-基）丙基]磺酰亞胺}雙（三氟磺酰亞胺）酰亞胺（LiFSMIPTFSI），并用于鋰離子電池的鋰鹽。以碳酸亞乙酯（EC）和二甲基亞砜（DMSO）為溶劑（體積比75∶25），具有電化學穩(wěn)定窗口（5.3 Vvs.Li/Li+）、好的離子電導率（6.10 mS/cm，30℃）、高的遷移數(shù)（0.55）和低黏度等優(yōu)點。LiFePO4/LiFSMIPTFSI/石墨全電池在0.1 C下顯示出了141 mA·h/g的比容量。而分別以20%的LFSI和LTFSI作為添加劑時，顯示出了更好的電化學性能，分別具有160和150 mA·h/g的比容量，且以LFSI作為添加劑，循環(huán)500周后仍有95.5%的容量保持率，效率可達98.5%。Han等[56]研究1,4-雙氰丁烷（ADN）作為電解液添加劑對LNCM523/石墨全電池性能的影響。線性掃描伏安法（LSV）結(jié)果顯示，含ADN的電解質(zhì)具有更高的氧化電位（>6.2 Vvs.Li/Li+）。含0.5%（質(zhì)量分數(shù)）ADN的LNCM523/石墨全電池在4.4 V充電截止電壓和1C下120周的容量保持率有原來的67.96%增加至85.2%。ADN會在正極材料的界面處形成穩(wěn)定且緊密的電解質(zhì)膜，抑制電解液的持續(xù)分解和過渡金屬離子的溶解。Hirata等[57]研究由鋰雙（氟磺酰亞胺）亞胺（LiFSI）和2-甲基戊二腈（MGN）（LiFSI/MGN）組成的低可燃性鋰離子電池電解液。LiFSI/MGN可在石墨負極表面形成LiFSI和MGN衍生的SEI，使鋰離子能夠可逆嵌脫石墨。該電解液仍具有離子電導率低和黏度高的問題，但作為LiCoO2/石墨電解液時，仍可以在1C的倍率下穩(wěn)定循環(huán)。此外LiFSI/MGN的支化結(jié)構(gòu)，電解液在低溫下仍是液態(tài)，是一種具有潛力的低阻燃電解液。Meng等[58]使用原位的衰減全反射紅外光譜（ATR-FTIR）研究以三（三甲基硅烷基）硼酸酯（TMSB）作為電解液添加劑時對正極CEI的影響。TMSB可以抑制EC的分解，改善CEI的穩(wěn)定性。TMSB中缺電子的硼原子可與PF6結(jié)合形成聚陰離子基團，并參與正極CEI的形成，該陰離子基團與EC的靜電力較弱，降低正極界面處EC的濃度，進而降低EC與正極界面在高壓的持續(xù)分解。Laveda等[59]研究碳酸亞乙烯酯（VC）和三（三甲基硅烷基）亞磷酸酯（TMSPi）作為電解液添加劑時對NMC811/石墨全電池循環(huán)性能的影響。結(jié)果顯示，加入1%的TMSPi和2%VC后，全電池具有最好的循環(huán)性能，C/3循環(huán)200周后容量保持率高達91%。該組合添加劑可優(yōu)先于電解液溶劑的分解，在電極的表面形成保護層，抑制電解液的持續(xù)氧化分解。Hofmann等[60]以雙草酸鋰、二氟硼酸鋰、1-乙烯基-1，2，4-三唑、1-乙烯基咪唑和2-甲基-2，5-二噁己二酸鋰作為碳酸酯基電解液的添加劑，并研究這5種添加劑對LNMO/石墨全電池25℃和50℃下電化學性能的影響。結(jié)果顯示，這5中添加劑均可以顯著地改善全電池在25℃下的循環(huán)性能，1 C下容量衰減至80%時，循環(huán)次數(shù)可達800周以上，然而50℃下的性能較差。Han等[61]以（三甲基硅基）異硫氰酸酯（TMSNCS）作為電解液添加劑，并研究TMSNCS對電解液中水含量去除作用。19F NMR核磁共振結(jié)果顯示，TMSNCS可有效的去除電解液中的HF，穩(wěn)定正負極的界面膜，此外TMSNCS還可在電極的表面形成離子傳輸層，可有效提高電池的倍率性能和循環(huán)性能。以2 C充電1 C放電，循環(huán)300周后，含0.1%TMSNCS的CM622/石墨全電池具有144 mA·h/g的放電比容量，且容量保持率高達91.8%。TMSNCS還可以緩解氟代碳酸乙烯酯（FEC）的分解，有效的提高電池的高溫擱置性能。Du等[62]研究雙（氟磺?；啺蜂嚕↙FSI）作為鋰鹽對NMC811/石墨全電池倍率性能的影響。LFSI具有比LiPF6更高的離子電導率和離子遷移數(shù)，具有更好的倍率性能，在12 min快速充電過程中，容量提高了13%，且具有更好的循環(huán)性能，循環(huán)500周后容量保持率高達87.7%，且石墨表面的鋰鍍層較少。Doi等[63]結(jié)合提高鋰鹽濃度和添加稀釋劑的辦法提高酯基電解液的穩(wěn)定電位窗口。利用飽和時離子偶極相互作用的增強提高BF4-和溶劑分子的抗氧化穩(wěn)定性。使用該飽和的電解液，LiNi0.5Mn0.2Co0.3O2半電池可充電至4.6 V，具有200 mA·h/g的比容量，且循環(huán)50周容量不衰減。Davoodabadi等[64]研究不同的電極制造技術(shù)對電解液浸潤的影響。結(jié)果顯示，增大壓延可以提高電極體積能量密度，但會降低電解液的浸潤過程。制造負極電極時，將NMP變?yōu)樗?，電解液的浸潤效果會變差，對于正極電極，則會對電極的孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大影響，引起浸潤區(qū)域不規(guī)則。此外，提高溫度可以提高電解液的浸潤性，尤其是對于高鹽體系，效果顯著。Dong等[65]提出通過直接將谷氨酸引入商業(yè)電解液，谷氨酸添加劑電解液具有豐富的帶負電的羥基，通過強排斥作用（最高可達1.54 eV）有效抑制帶負電的多硫化物的穿梭。所制備的鋰硫電池在5.95 mA/cm2的電流密度下循環(huán)1000次后容量保持率為60%，自放電率為商業(yè)電解液的1/3，并且在60℃下能穩(wěn)定運行。Pham等[66]利用1 mol/L六氟磷酸鋰，碳酸丙烯酯和氟化線性碳酸酯組合成了阻燃電解液，該電解液與層狀NCM811正極材料有很好的兼容性，顯著提高了層狀NCM811正極材料在4.5 V高壓下的電化學性能。Zuo等[67]在電解液中添加N,N-二甲基三氟乙酰胺（DTA）來提升電解液離子電導率，改善石墨負極低溫性能。通過添加DTA，-20℃下石墨容量由77.2 mA·h/g提升到114.6 mA·h/g，100周循環(huán)容量保持率由88.7%提升到94.8%。Heist等[68]將富鎳正極材料NMC（811）和1.2 mol/L LiFSI離子液體電解質(zhì)組合，實現(xiàn)了在高壓下進行循環(huán)的超好的循環(huán)特性（3～4.5V循環(huán)150周容量保持率為95%，平均放電比容量189 mA·h/g）。該工作從多角度（包括容量保持率、dQ/dV曲線、EIS阻抗等）驗證了使用新型的、不易燃、不揮發(fā)的離子液體電解質(zhì)來穩(wěn)定和提高高能富鎳正極材料的循環(huán)性能。

4 電池技術(shù)

4.1 固態(tài)電池

Wan等[69]合成了Cu2SnS3@graphene-Li7P3S11復合材料作為全固態(tài)電池的正極，其中5～10 nm的Cu2SnS3顆粒均勻附著在石墨烯片上，同時Li7P3S11電解質(zhì)均勻包覆在Cu2SnS3@graphene表面，這樣的結(jié)構(gòu)使復合材料擁有納米尺度的電子和離子傳輸網(wǎng)絡。由于納米尺度三相界面的高電子和離子傳輸速度，材料獲得了高功率密度；同時納米Cu2SnS3顆粒分散均勻且充放電過程中體積變化較小，因此材料具有長循環(huán)壽命。正極負載量為2.0 mg/cm2時，全固態(tài)電池在100 mA/g的電流密度下實現(xiàn)了813.2 mA·h/g的高比容量，并且循環(huán)60周后容量保持在732.0 mA·h/g。Doux等[70]研究了在固態(tài)電池組裝中壓力對電池性能的影響，通過Li6PS5Cl電解質(zhì)研究了電池組裝從5～75 MPa系列組裝壓力下的金屬鋰對稱電池短路時間，并通過CT發(fā)現(xiàn)在高壓力下電池循環(huán)過程中電解質(zhì)會出現(xiàn)低密度轉(zhuǎn)化趨勢，意味著固態(tài)電池內(nèi)部結(jié)構(gòu)處于動態(tài)變化。

4.2 鋰空/鋰硫及其他電池技術(shù)

Hwang等[71]將石墨烯和硫化鋰的混合物通過體積壓縮220%制成顆粒狀，從而合成鋰硫（Li-S）電池的高能量密度正極。致密的石墨烯/硫化鋰復合正極除了提供電子傳輸通道外，還能將硫化鋰亞穩(wěn)態(tài)粒子（機械狀態(tài)高度變形的高壓多晶型）驅(qū)動至亞穩(wěn)態(tài)，從而在第一次充電過程中觸發(fā)Li2S到S8的自發(fā)轉(zhuǎn)換。在硫化鋰活化過程中的直接轉(zhuǎn)化解決了長期存在的生成過多多硫化鋰的問題。此外，在結(jié)構(gòu)上，石墨烯片緊緊包裹著硫化鋰，有效地限域了活性材料，提高了高負載下的循環(huán)穩(wěn)定性。Sawas等[72]用具有電催化活性的正極和無鋰負極構(gòu)建了具有良好可逆性和安全性的鋰離子多硫化物電池。利用鉑/石墨烯復合材料作為正極穩(wěn)定了鋰多硫化物并在最小極化下增強了反應動力學，從而獲得了較好性能。含有電催化劑的正極復合材料在增強循環(huán)穩(wěn)定性和充放電可逆性方面可與石墨烯基電極相媲美。因此，這種不含金屬鋰的多硫化物電池表現(xiàn)出了優(yōu)越的電化學性能，能量密度高達450 W·h/kg，循環(huán)240周后的容量保持率高達70%。Gao等[73]采用了三維電極方法，制備了厚度達到750 μm的超厚Li-S電池厚正極，使用冰模板法結(jié)合冷凍干燥技術(shù)制備了S/C復合正極，制備的Li-S電池在10 mA/cm2電流密度下容量可達到530 mA·h/g，1 mA/cm2電流密度下200次循環(huán)每次容量損失在0.1%。Lu等[74]提出了一種通過將Mo6S8納米顆粒作為多功能介質(zhì)與鋰離子導電黏結(jié)劑和高性能儲硫載體Fe3O4@N-C相結(jié)合來制造超高密度硫正極的策略。相比于硫單質(zhì)，Mo6S8納米顆粒具有更快的鋰離子嵌入動力學，并且所產(chǎn)生的LixMo6S8能同多硫化鋰發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應，提供了一個通過氧化還原催化硫轉(zhuǎn)化的反應機制。此外，LixMo6S8能夠強力吸附多硫化物，為鋰硫電池提供了一個準固相的硫轉(zhuǎn)化途徑，同時抑制了多硫化物的溶解。這一途徑不僅促進了硫化鋰的均勻生長，而且?guī)缀醪淮嬖谶^電位，還能緩解多硫化物引起的鋰金屬腐蝕問題。El-Shinawi等[75]通過微波方法從含鋰多硫化物的乙二醇二甲醚溶液中直接合成了硫化鋰，合成的硫化鋰為全固態(tài)鋰電池正極提供了一種理想的自支撐Li3PS4/Li2S/C納米復合結(jié)構(gòu)。所制備的全固態(tài)電池在高達100 μA/cm2的電流密度下實現(xiàn)優(yōu)越的容量保持率，同時限制了阻抗的增加，庫侖效率接近100%。Li等[76]制備了一種新型硫化鋰正極，可以克服硫化鋰不適用于漿料制備流程的缺點。將纖維素表面引入葡萄糖和硫酸鋰，作為前驅(qū)體，800℃高溫處理后得到碳纖維為骨架，上面附著多孔碳和硫化鋰的復合正極。碳材料提供的骨架支撐和電子通道使得電極具有極好的倍率性能，同時他們還能囚禁多硫離子，提升循環(huán)穩(wěn)定性。Zhou等[77]結(jié)合理論計算和實驗提出了金屬單原子催化劑提升硫化鋰正極循環(huán)可逆性，動力學和循環(huán)穩(wěn)定性的方法。首先通過計算篩選出金屬釩作為比較好的單原子催化劑。隨后，實現(xiàn)了石墨烯表面單原子的大規(guī)模制備。Xu等[78]采用兩步放電的方法，在Li-O2電池的正極先沉積少量K2CO3，再進行Li2O2的沉積。在K2CO3上外延生長的Li2O2不再是以往觀察到的大的圓球形貌，而是與襯底完美匹配的薄膜。這種與眾不同的生長機制，使得電池具有良好的循環(huán)性能。

5 電池表征、電池模型和測量技術(shù)

Dong等[79]考慮到對于Li金屬電化學沉積的基礎機理理解，受限于缺少合適可行的原位表征技術(shù)這一情況，采用了同步輻射X射線斷層掃描技術(shù)觀察了在兩種環(huán)境中Li的沉積行為。首次原位地觀察了在Celgard2325聚烯烴隔膜中Li沉積的三維形貌和分布，促進了對Li金屬電池中短路問題的理解；另外，還對多孔碳基體內(nèi)部Li金屬沉積的空間分布進行了可視化和量化。該工作發(fā)現(xiàn)了相應的Li金屬電化學沉積行為，幫助理解與發(fā)展了Li金屬負極和隔膜的表面修飾，以及適應鋰沉積和減輕體積變化的新型三維電極設計。Pri fl ing等[80]考慮到當前對電極在循環(huán)老化過程中發(fā)生的高度復雜的機理理解不足，使用同步輻射成像采集三維圖像數(shù)據(jù)，并采用新型的基于k-均值聚類的數(shù)據(jù)驅(qū)動三值化方法對圖像數(shù)據(jù)進行預處理，研究了其微結(jié)構(gòu)和功能之間的關系。結(jié)果成功明確區(qū)分了活性材料、孔隙以及由黏合劑和導電添加劑組成的相；完成了對電極形貌全面地統(tǒng)計分析。此外，該工作還結(jié)合電化學數(shù)據(jù)研究了大量的圖像特征，有助于更深入地理解潛在的老化機制。Robinson等[81]考慮到當前對可靠電池診斷系統(tǒng)的需求日益增高，采用空間分辨超聲測量技術(shù)對電池電極工作狀態(tài)進行了分析，另外還采用X-ray斷層掃描確定內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及分析電池結(jié)構(gòu)和超聲信號相關聯(lián)的特征。對超聲信號的分析表明，可以通過檢測與充電過程相關的衰減的改變來鑒別正負極層；另外還觀察到電極層的膨脹受限于負極集流體的存在，從而導致了在電池中檢測到電極層膨脹的空間不均勻性。Mirolo等[82]闡述了如何用XPEEM去探究在工作環(huán)境下電極上單個粒子的表面演化，確定了優(yōu)化圖像和光譜質(zhì)量的條件。①對電極施壓降低表面粗糙度；②標準化碳的K邊光譜，可以通過測量信號歸一化的Au參考樣品來克服光束光學中碳的存在；③避免光束對于材料的損壞，建議在樣品中之前未暴露于X射線的區(qū)域開始獲取光譜，并從更敏感物質(zhì)的吸收光譜開始，從而限制曝光時間。Masuda等[83]開發(fā)了一種基于開爾文探針力顯微鏡的方法，動態(tài)可視化了電化學裝置在運行過程中其內(nèi)部的電位分布，并使用它來表征了一個全固態(tài)鋰離子電池。在循環(huán)伏安法中對正極復合區(qū)域進行觀察揭示出了充電和放電過程中局部的電化學反應存在差異。進一步研究表明，這種差異是由復合電極中導電網(wǎng)絡狀態(tài)的變化引起的。Eric等[84]通過原位中子反射法（NR）研究碳酸二乙酯（DEC）/碳酸亞乙酯混合溶液中六氟磷酸鋰中固體-電解質(zhì)界面/中間相（SEI）形成的平臺。NR測量確定中子散射長度密度（SLD）深度分布圖，從中可以推斷出成分深度分布圖。YAMADA等[85]通過微束粒子誘導的X射線發(fā)射和γ射線發(fā)射技術(shù)分析了全固態(tài)鋰電池復合電極中的鋰分布，對全固態(tài)電池復合電極中電化學反應過程中鋰濃度變化的評估，可為構(gòu)建有利的復合電極以提供高性能全固態(tài)鋰電池提供重要信息。Gossage等[86]報道了用Li+敏感探針在SEI的形成和嵌入過程中進行原位測量、局部跟蹤的掃描電化學顯微鏡。在SEI形成區(qū)域中的循環(huán)顯示歸因于表面氧化還原的可逆離子過程以及不可逆的SEI形成，對離子敏感探針響應進行建模可得到104～105cm/s之間的Li+嵌入速率常數(shù)。該研究能在復雜的電池接口處將電荷轉(zhuǎn)移步驟解耦，并為分析各個位置的反應性創(chuàng)造了機會。Thirumalraj等[87]提出了一個模型，用于定量地理解與固體電解質(zhì)中間相（SEI）形成相關的Li成核和生長機理，我們將其稱為Li-SEI模型，各種超電勢下的電流瞬變會在裸露的銅箔上引發(fā)Li金屬的形核和生長。該模型為定量了解Li在不同基質(zhì)或不同電解質(zhì)中的成核和生長機理以及電解質(zhì)分解開辟了一條新途徑。

6 理論計算、界面反應及其它

Banerjee等[88]考慮到包覆層穩(wěn)定界面的機理是十分復雜的，利用不同的先進表征技術(shù)以及第一性原理計算研究了固體電解質(zhì)Li6PS5Cl（LPSCl）和高電壓正極LiNi0.85Co0.1Al0.05O2（NCA）間的界面現(xiàn)象。結(jié)果成功區(qū)分了界面處LPSCl和NCA自發(fā)反應的影響并且定量了循環(huán)過程中Li6PS5Cl固有的電化學分解；另外，證明了LNO包覆后NCA和LPSCl間熱力學穩(wěn)定性提高，并揭露了LPSCl電化學分解的原位鈍化效應，這二者相結(jié)合，在首周充電過程中發(fā)生從而形成穩(wěn)定的界面，獲得長循環(huán)壽命全固態(tài)電池。Schneier等[89]研究了表面帶有氧化層的Si與電解液的自發(fā)反應，結(jié)果顯示Si與電解液反應形成的表面膜阻抗較大，含有C—O、C=O、C—Fx、O—C—F等基團，部分還有SiFx、SiOxFy和SiO2。建議含有Si的電池在注液后應該盡快進行充放電，避免Si與電解液界面自發(fā)反應的進行。Stetson等[90]研究了硅負極表面SEI在不同溫度下的穩(wěn)定性，結(jié)果顯示硅負極電池在-10～50℃不同溫度下靜置，隨溫度的升高，SEI溶解明顯加快。50℃下靜置45 h，硅負極表面SEI厚度由11 nm減少到6.5 nm，分析認為高溫下SEI被破壞主要來源于SEI中有機成分在電解液中的溶解。Leung等[91]通過密度泛函理論計算、混合PBE0泛函和尖晶石氧化物（001）表面作為模型研究高電壓下正極界面的CEI演變與容量快速衰減的相互關聯(lián)過程。結(jié)果顯示，碳酸乙烯（EC）溶劑分子在適高電壓下易在LixMn2O4（001）表面氧化，形成被吸附的有機成分，在更高電壓下，CEI成分進一步被氧化，并釋放CO2，這一過程導致了電池容量的衰減。同時探討了正極界面的Li2CO3膜氧化和溶解的機理。Wang等[92]報道了二碳酸乙烯酯鋰（LEDC）和乙烯單體碳酸酯鋰（LEMC）的合成、結(jié)構(gòu)和光譜特征。通過直接對比石墨表面的SEI成分，認為LEMC是SEI中的主要成分。單晶X射線衍射結(jié)果顯示，LEMC和LMC具有不尋常的層狀結(jié)構(gòu)和Li+配位環(huán)境，LEMC的離子電導率＞1×10-6S/cm，而LEDC則幾乎為離子絕緣體。此外還研究了LMC、LEMC和LEDC在二甲基亞砜溶液中的復雜相互轉(zhuǎn)化和平衡。Mao等[93]研究NMC811/石墨全電池充電截止電壓4.2 V和4.4 V下的循環(huán)性能和產(chǎn)氣行為。充電截止電壓為4.2 V時，全電池的循環(huán)性能較好，100周后容量保持率可達96.8%，且產(chǎn)氣很少，充電截止電壓為4.4 V時，全電池的循環(huán)性能較差，循環(huán)100周后，容量損失超過25%，且在前10周存在大量產(chǎn)氣。使用氣相色譜質(zhì)譜、傅里葉變換紅外光譜、X射線光電子能譜和掃描透射電子顯微鏡對氣體和材料的界面進行分析，結(jié)果顯示，在4.4 V下產(chǎn)氣主要在正極測，氣體的主要成分為CO2和氟化烷烴。Longo等[94]采用密度泛函理論（DFT）為基礎的第一性原理計算來描述和表征了硫化鋰活性材料在石墨烯上的生長機制。首先闡明了硫化鋰在納米支撐結(jié)構(gòu)上的兩個生長機制，這解釋了通過原位原子力顯微鏡實時監(jiān)測放電過程中硫化鋰界面沉積的最新實驗結(jié)果。然后，結(jié)合數(shù)學工具和DFT計算，得到了第一個循環(huán)電壓曲線圖，解釋了觀察到的三個不同區(qū)域內(nèi)最終導致高階多硫化物形成的原因。最后展示了不同的沉積在納米結(jié)構(gòu)上的硫化鋰如何在X射線光電子能譜測量中被表征。Zhang等[95]考慮到硫化物電解質(zhì)與高容量正極（如高鎳層狀正極）間差的界面兼容性的問題，采用原位電化學阻抗譜以及原位拉曼光譜研究了LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM）/Li6PS5Cl/Li電池中具體的界面演化。結(jié)果表明鋰離子的遷移對于界面行為是一個非常重要的因素；對于長周期的循環(huán)，空間電荷層、界面反應、鋰枝晶以及機械化學失效整體的效應作用到界面上，使得界面結(jié)構(gòu)和電化學性能進一步的惡化。該工作為固態(tài)電池中循環(huán)內(nèi)和循環(huán)間的界面演化提供了新的認識。Pham等[96]將LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2活性材料與非水相功能性聚酰亞胺黏結(jié)劑結(jié)合，通過在正極原位形成表面保護聚酰亞胺層，獲得了更優(yōu)的熱穩(wěn)性以及更穩(wěn)定的正極-電解質(zhì)界面。改進后的正極可以在無添加劑的商業(yè)電解液中充電至4.4 V；這種獨特的活性材料與黏結(jié)劑結(jié)合抑制了金屬的溶解，正極材料結(jié)構(gòu)的退化，與此同時還可提供較高的可逆容量；并且相比傳統(tǒng)的黏結(jié)劑，還可使正極獲得不易燃特性。Laudadio等[97]利用Zata電位，衰減全反射傅里葉紅外光譜和流動微量熱法研究了LiCoO2和H3PO4之間的界面吸附反應，結(jié)果表明H3PO4通過兩步放熱反應吸附在在LiCoO2表面，該過程是高度不可逆的，該過程的發(fā)生受PH影響很大。Besli等[98]研究了脫鋰態(tài)Li0.3Ni0.8Co0.15Al0.05O2（Li0.3NCA）與聚合物固態(tài)電解質(zhì)的界面穩(wěn)定性，結(jié)果表明聚合物分子和鋰鹽將會加速Li0.3NCA材料表面的鎳還原，通過對比不同聚合物和鋰鹽，認為PCL-LiBF4對于Li0.3NCA來說將是可行的組合。He等[99]用模型電極研究了LiF在金屬鋰SEI中的作用。兩種模型電極分別采用非原位和原位方法制備：非原位制備中，以新鮮鋰箔與NF3氣體反應，原位法則是將原始鋰箔在7 mol/L LiFSI-FEC電解液中循環(huán)。在鋰對稱和非對稱電池的測試結(jié)果中，發(fā)現(xiàn)并非LiF本身的機械或者化學性質(zhì)能夠保護金屬鋰。而是一層薄的LiF的迅速形成保護了金屬鋰，重點不是LiF存在于電極表面這個結(jié)果，而是形成界面層的速度。Dixit等[100]展示了一種新型的卷對卷兼容共擠出設備，以研究制造過程中的細微結(jié)構(gòu)控制。研究了具有25%～75%（質(zhì)量分數(shù)）PEO-LLZO組成的固體電解質(zhì)。事實證明，共擠出設備可在一次通過中有效處理具有嚴格成分梯度的多材料薄膜。在所有制造的電解液中，厚度的平均制造偏差為（5.75±1.2）μm。