Rare metals综述:锂硫电池和锂硒电池近期研究进展

锂硫电池锂硒电池由于其异常高的能量密度(传统锂离子电池的3-5倍)、对环境友好、价格低廉等优势,在过去的数年里吸引了科研界和商业界众多的注意力。然而,目前锂硫电池和锂硒电池的商业化进程却受到了电池自身充放电过程中存在的一系列问题所阻碍,例如:电池循环过程中多硫(硒))化锂的溶解穿梭效应造成电池性能的急速衰减、单质硫(硒)较低的电子导电性造成活性物质利用率低等。研究如何解决锂硫电池和锂硒电池在充放电过程中涉及的这些问题,从而提高电池的能量密度、稳定性和使用寿命,是重大的科学挑战。基于此,中国科学技术大学的余彦教授(通讯作者)近期应邀在 Rare metals上发表综述文章,题为“Recent progress in Li–S and Li–Se batteries”, DOI:10.1007/s12598-017-0891-z。
在相关综述中,以多孔碳载体材料对锂硫电池循环稳定性性能的提高分类归纳是常见的方式,而这份综述中除了从各种载体材料(包括:各种孔径多孔碳、有机物、无机物等载体材料),更从硫分子改性、基底材料的改性等角度,对如何提高锂硫电池及锂硒电池循环稳定性作了系统的机理揭示;此外,该综述从负极材料的结构设计以及电池整体结构的设计对电池性能的提高作了系统阐述;最后,作者对锂硫电池和锂硒电池未来的发展前景作了展望,提出硫分子的改性和基体材料的设计将会对未来锂硫电池以及锂硒电池的发展起到关键作用,为不同背景的研究者们设计实验的思路和方向提供了参考。
第一部分,文章对锂硫电池的兴起以及锂硫电池商业应用的瓶颈作了简要介绍。
第二部分,文章从不同碳载体材料(包括微孔多孔碳、介孔多孔碳、分级多孔碳、石墨烯碳材料、碳纳米纤维等)、聚合物载体材料、无机物载体材料、硫化锂正极、锂金属负极、非锂金属负极、电池整体结构的设计、硫分子改性和基底材料的改性角度,分别对锂硫电池性能的改善作了系统揭示,为锂硫电池的后续发展提供了思路和指导意义。
第三部分,文章首先对锂硒电池的发展背景以及发展前景作了简单介绍,随后从限制锂硒电池发展瓶颈的角度,系统综述了近些年,科学家们在实现高性能锂硒电池方面所取得的研究进展,包括性能的优化以及机理的研究等。 
第四部分,结论与展望中,文章指出通过正负极材料的设计、新颖电池结构的设计、合适的充放电策略、硫分子改性、电解液改性和粘接剂改性在实现高性能锂硫电池和高性能锂硒电池中的巨大潜力。尽管当前针对锂硫电池和锂硒电池的研究已经取得了一些进展,但尚未达到可商业化的标准。为了实现锂硫电池和锂硒电池的商业化,科研工作者们仍需作出大量的努力探索。其中,选取合适的碳基体材料和硫(硒)分子改性相结合的策略,在未来将会对锂硫电池和锂硒电池电化学性能的进一步提高起到关键作用。
Rare metals综述:锂硫电池和锂硒电池近期研究进展  图1 锂硫电池充放电示意图。
Rare metals综述:锂硫电池和锂硒电池近期研究进展图2 通过基底材料改性和硫分子材料改性,制备高性能锂硫电池正极材料。
Rare metals综述:锂硫电池和锂硒电池近期研究进展图2 锂硒电池充放电示意图。
通讯作者介绍
余彦,中国科学技术大学材料科学与工程系教授,博士生导师。国家优秀青年基金获得者。英国皇家化学会会士,2001年毕业于安徽大学获得学士学位;2006年获得中国科学技术大学博士学位,随后在美国(Florida International University)和德国马普固体研究所(Max Planck Institute for Solid State Research)从事科学研究工作。2012年加入中科大,任教授,博导。主要研究方向为高性能锂离子电池、钠离子电池、锂硫电池等关键电极材料的设计、合成及储能机制。目前在Science, Nature Energy, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett., Energy Environ. Sci., 等国际著名期刊上发表论文150余篇,以第一/通讯作者发表SCI论文中IF>10的总共50余篇,其中包括Adv. Mater. 23篇,Angew. Chem. Int. Ed. 5篇,Nano Lett. 7篇,Energy & Environmental Science 1篇,J. Am. Chem. Soc. 1篇, ACS Nano 5篇, Adv. Funct. Mater. 7篇,Adv. Energy Mater. 7篇。入选2018年全球高被引学者。论文SCI他引9000余次。SCI论文中有28篇入选ESI高引频论文,相关文章被Nature, Angew. Chem. Int. Ed., MaterialsViews China等作为Highlight和封面文章报道。

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参考文献:Rare metals
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