該文是一篇近兩個月的鋰電池文獻評述，以“l(fā)ithium”和“batter*”為關(guān)鍵詞檢索了Web of Science從2020年12月1日至2021年1月31日上線的鋰電池研究論文，共有3193篇，選擇其中100篇加以評論。層狀正極材料的研究集中在高鎳三元材料和富鋰相材料，其相關(guān)研究關(guān)注表面包覆層、前驅(qū)體及合成條件、循環(huán)中的結(jié)構(gòu)變化。硅基復(fù)合負(fù)極材料的研究重點包括對硅顆粒的包覆，具有三維結(jié)構(gòu)的硅/碳、硅/銅復(fù)合電極。碳負(fù)極及金屬鋰負(fù)極，尤其是金屬鋰負(fù)極界面及三維結(jié)構(gòu)設(shè)計，同樣是受重點關(guān)注的研究對象。固態(tài)電解質(zhì)的研究主要包括對硫化物固態(tài)電解質(zhì)、氧化物固態(tài)電解質(zhì)、聚合物與氧化物固體電解質(zhì)復(fù)合材料的合成以及相關(guān)性能研究。液態(tài)電解液方面包括提升石墨負(fù)極的性能，及適應(yīng)高電壓鎳錳酸鋰、三元層狀材料、鈷酸鋰、富鋰材料等正極材料電池的添加劑研究。針對固態(tài)電池，復(fù)合正極制備、雙層電解質(zhì)結(jié)構(gòu)、鋰金屬界面修飾等都是主要研究內(nèi)容，其他電池技術(shù)主要偏重方面還有三維結(jié)構(gòu)鋰硫正極設(shè)計，導(dǎo)電添加劑對正負(fù)極的影響等。表征分析涵蓋了金屬鋰沉積過程、硅負(fù)極的體積膨脹問題、正極微結(jié)構(gòu)和電池氣脹問題。理論模擬工作涉及SEI形成機制以及厚電極電池的動力學(xué)，界面問題涉及層狀正極固液態(tài)電池界面、液態(tài)電解質(zhì)負(fù)極電極、固態(tài)電解質(zhì)與Li界面等。

1 正極材料

1.1?層狀氧化物正極材料

Lin等合成了一種富鋰三元材料Li2Ni0.8Co0.1Mn0.1O2，在首次脫鋰后材料在2.7～4.3 V仍保持正極材料結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，并使用該材料制備了無負(fù)極電池。在有限的電解液添加量(2 g A·h)的條件下，無負(fù)極軟包電池在循環(huán)100次后可達到447 W·h/kg的比能量和84%的容量保持。

Chen等對層狀高鎳正極采用MoO3進行包覆，不僅實現(xiàn)二次顆粒均勻的表面包覆，且可以使其成功注入內(nèi)部一次顆粒間的晶界。結(jié)果表明，該方法成功抑制了電解液與正極間的副反應(yīng)，并為Li的嵌入提供了額外位點；改性后的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2可實現(xiàn)1 C下100周91.1%的容量保持率。Du等設(shè)計了一種表面修飾方法，利用高鎳正極表面殘鋰，在LiNi0.8Co0.15Al0.05O2表面合成了均勻的鋰硼氧化物包覆層，從而實現(xiàn)了減緩的電極/電解液間副反應(yīng)，并且使得其一次顆粒間連接更加緊密，增強了其機械穩(wěn)定性。改性后的NCA獲得了0.1 C下202.1 mA·h/g的高初始容量，且在2 C循環(huán)下100周具有93.59%的出色容量保持率。Han等在NCM811單晶正極表面原位生長了30～50 nm的Al(Li) BOB層，該界面膜可以消耗NCM811表面的殘鋰，并抑制電解液與界面的副反應(yīng)，提高了NCM811的電化學(xué)性能，在4.5 V下，295周的容量保持率從57.0%提高到83.5%，此外該界面層中Al的存在可進一步提高NCM的熱穩(wěn)定性。Tian等研究了NASICON類型的氧化物L(fēng)i1+xAlxTi2-x(PO4)3 (LATP)與鈷酸鋰材料在靜置、煅燒和充放電過程中的界面變化，認(rèn)為在浸泡過程中因為界面兩端電勢不同導(dǎo)致鋰離子從鈷酸鋰遷移至LATP，同時伴隨著Co-Ti離子交換，在煅燒過程中由于氧丟失和彌補電中性，在LATP側(cè)出現(xiàn)了鋰離子耗盡層，在循環(huán)過程中由于LATP/LCO界面有更低的鋰空位形成能，因此在界面形成了鋰離子耗盡層。Xiong等針對層狀過渡金屬氧化物的合成，利用葡萄糖和尿素結(jié)合形成的深共熔溶劑，實現(xiàn)過渡金屬離子在原子級別的均勻分布和混合。合成的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 (NCM523)表現(xiàn)出獨特的單晶分級多孔納米/微結(jié)構(gòu)、暴露出多個活性表面的多面體形貌以及較低的Ni2+/Li+混排程度，具有相對高的初始電化學(xué)性能。Du等將LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在富錳環(huán)境下進行結(jié)晶，成功調(diào)節(jié)了該材料的一次顆粒尺寸。其中Mn質(zhì)量含量3%的LiNi0.8Co0.15Al0.05O2在2 C倍率2.8～4.3 V電壓下循環(huán)900周后仍有81%的容量保持率，而原始的材料容量保持率為55%。文中表明減小一次顆粒的尺寸，可以緩解高鎳材料在充放電過程中的應(yīng)變。Mesnier等在高壓氧環(huán)境下合成了LiNiO2。在1.7 atm(1 atm=105 Pa)的氧壓下，實現(xiàn)了配石墨負(fù)極軟包電池1000周容量保持率從59%到76%的提升。通過碘滴定和ICP技術(shù)，證明了高氧壓下合成的LiNiO2材料具有更少的晶格氧空位以及三價鎳離子的增多。這是一種無需如摻雜或包覆改善高鎳正極性能的方法。Liu等合成并在不同溫度下鋰化處理了三種具有Ni(OH)2核，但殼層組成和厚度不同的核殼前驅(qū)體，并對所得到的材料進行了物理和電化學(xué)檢測。實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)合成溫度過高時，殼結(jié)構(gòu)會完全消失，變成普通的循環(huán)性差的高鎳材料，其能保持核殼結(jié)構(gòu)的最高合成溫度與殼的厚度和錳的含量有關(guān)。此外，本文中性能最好的是1 μm厚的Ni0.8Mn0.2(OH)2.殼，配合750 ℃的合成溫度。Li等通過原位透射電子顯微鏡技術(shù)觀察了高鎳的NMC三元層狀正極材料。當(dāng)Li耗盡時，反向邊界沿著層狀結(jié)構(gòu)擴展，同時檢測到Li/過渡金屬(TM)離子在層狀相中混排，誘導(dǎo)沿相干孿晶界形成巖鹽相。根據(jù)DFT計算，Li/TM在平面缺陷處的低擴散勢壘有助于Li/TM的混排和相變。Bi等觀察到在單晶高鎳正極中沿(003)平面的可逆平面滑移和微裂紋產(chǎn)生，并對其進行了仔細(xì)地分析。結(jié)果表明，這種微結(jié)構(gòu)缺陷的可逆形成與由晶格中Li原子濃度梯度引起的局域應(yīng)力相關(guān)。

1.2?其他正極材料

Kim等利用硫摻雜的碳?xì)溲趸镒鳛榍膀?qū)體合成了S2-表面摻雜的鎳錳酸鋰。實驗結(jié)果表明S2-摻雜的鎳錳酸鋰材料在循環(huán)過程中具有更穩(wěn)定的循環(huán)性能和阻抗，這是由于S2-摻雜穩(wěn)定了表面晶格結(jié)構(gòu)和CEI成分。同時認(rèn)為S2-較大的半徑可能意味著S2-摻雜在鈉電材料中有更好的兼容性。Kingo等利用電化學(xué)阻抗譜研究了顆粒尺寸對錳酸鋰阻抗的影響。結(jié)果表明大顆粒有更小的接觸電阻，小顆粒有更小的電荷轉(zhuǎn)移電阻，由較小一次顆粒組成的較大二次球最有利于高功率密度電極的制備。

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