台湾大学刘如熹无负极锂电池界面化学综述

经过四十年的发展，由高镍正极与石墨负极组成的锂离子电池能量密度已经达到300 Wh kg^-1。要进一步提升锂离子电池的能量密度，然而高压高镍正极材料稳定性差，给电池的安全使用带来隐患。为进一步提升锂电池的能量密度，无负极电池成为产业界与学术界研究的重点。在无负极电池中，锂离子在集流体表面发生氧化还原反应，即沉积与剥离。故此，无负极电池实际上是一种锂金属电池。但是与一般的锂金属电池不同，此类电池通过降低锂金属的使用量来降低电池本身的质量与体积，进而达到提升能量密度的目的。

图1. (a)锂金属电池，(b)无负极电池。

无负极电池虽然能量密度高，但是存在循环寿命低的缺点。近日台湾大学刘如熹教授（点击查看介绍）团队与台湾师范大学胡淑芬教授（点击查看介绍）团队在J. Mater. Chem. A发表无负极锂电池综述性文章，阐述如何利用界面工程提升无负极电池循环寿命。而无负极电池的低循环寿命是由界面副反应，死锂与枝晶导致的。其中、界面副反应是由电解液与锂金属的稳定性导致的。有限的界面副反应生成稳定的固态电解质层，但界面副反应会消耗锂离子与电子使电池循环寿命下降。而死锂与枝晶是由集流体表面的疏锂性导致的。界面副反应，死锂与枝晶都可通过集流体与电解液界面工程（电解液添加剂、人工固态电解质层、润湿剂、三维集流体）抑制。

图2. 各类界面工程策略抑制界面副反应、死锂和枝晶。

表1. 各类界面工程策略的优势与不足。

此外，本文还讨论了近期引起广泛关注的固态无负极电池。相较与使用液态电解质的无负极电池，固态无负极电池面对更多困难。枝晶与界面副反应也存在于固态电池。固态电解质与集流体的点接触导致高界面阻抗不利于固态无负极电池的性能提升。未来希望通过集流体设计进一步提升固态无负极电池的电化学性能。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Interfacial chemistry in anode-free batteries:challenges and strategies

Zizheng Tong, Behrouz Bazri, Shu-Fen Hu, Ru-Shi Liu

J. Mater. Chem. A, 2021, DOI: 10.1039/D1TA00419K

导师介绍

刘如熹

http://www.ch.ntu.edu.tw/faculty_en/rsliu-e.html

https://www.x-mol.com/university/faculty/62341

胡淑芬

https://www.x-mol.com/university/faculty/276727