南京大学周豪慎教授、何平副教授团队在Adv. Energy Mater. 发表固态锂空气和锂硫电池研究进展
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近日，南京大学现代工程与应用科学学院周豪慎教授、何平副教授团队对目前固态锂空气电池、固态锂硫电池等二次电池领域的研究热点进行了系统地分析、总结和展望。相关研究进展以“Rechargeable Solid-State Li-Air and Li-S Batteries: Materials, Construction and Challenges”为题发表在Advanced Energy Materials上。
图1. (a) 固态锂硫电池示意图；(b) 固态锂空气电池示意图。
锂空气电池和锂硫电池因为具有极高的理论比能量受到广泛的关注（锂空气电池为3600 Whkg-1, 锂硫电池为2600 Whkg-1）。然而，目前大多数相关研究中都使用的有机电解液可能引起泄漏、燃烧和爆炸等安全问题。另外，基于金属锂负极的枝晶生长可能造成短路的安全隐患。
为解决这些问题，研究者使用无机固态电解质取代有机液态电解质，设计了如图1所示的固态锂空气电池和锂硫电池。固态锂空气、锂硫电池安全性优势突出，避免了有机电解液易燃问题。无机固体电解质具有优秀的机械强度，可以有效阻挡锂枝晶穿刺。另外，在锂硫电池中，固体电解质可以避免“穿梭效应”的产生，从而提高锂硫电池库伦效率和循环寿命性能。对于锂空气电池，固体电解质可以有效保护金属锂负极受到二氧化碳和水气等影响，保证电池的长期使用。
图2.(a) 钙钛矿型（LLTO）;(b) NASICON型（LAGP）;(c) 石榴石型（LLZO）;(d) thio-LISICON型（LGPS）。
该论文首先介绍了4种适合锂离子传导的固体电解质。如图2所示分别为钙钛矿型、NASICON型、石榴石型和thio-LISICON型。接着系统分析各种电解质结构、输运特性，化学和电化学性质，总结了不同电解质在锂空气电池和锂硫电池中的不同应用。接下来，该论文介绍了固态锂空气电池和锂硫电池的一些重要的正极材料，归纳了电极材料性能提高的方法。并从微观角度分析了两种固态二次电池的电极反应机理。最后，该文着重分析了固态锂空气电池和锂硫电池在电极-电解质界面方面存在的问题，并指出提高界面输运特性和稳定性的方法。
南京大学现代工程与应用科学学院15级博士研究生刘一杰为该文第一作者，何平副教授和周豪慎教授为通信作者。
论文链接：
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201701602/full
来源：南京大学现代工程与应用科学学院
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