张久俊院士/赵玉峰/王石泉AFM：锂离子电池性能衰减与缓解策略的总结

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张久俊院士/赵玉峰/王石泉AFM：锂离子电池性能衰减与缓解策略的总结
鉴于其高能量/功率密度和长循环寿命，锂离子电池(LIBs)已成为电动/混动电动汽车、便携式电子产品和发电厂最实用的电源之一。然而，LIBs的性能衰减限制了它们在许多能源相关系统中的应用。
上海大学张久俊院士、赵玉峰、湖北大学王石泉等从常用的正极材料和负极材料、电解液和集流体方面全面回顾了LIBs的性能衰减机制和开发缓解策略的努力。
张久俊院士/赵玉峰/王石泉AFM：锂离子电池性能衰减与缓解策略的总结
图1 电池在正极、负极、电解液、集流体等处发生的整体衰减的图示
该综述指出，正极材料的衰减和衰变机制在很大程度上可以归因于层状结构的破坏和坍塌、橄榄石和尖晶石结构的相变和无序转变、电池循环过程中金属的溶解和沉积，以及由此产生的锂和氧的缺陷或损失。
对于负极，SEI膜的演化和破坏是电池的主要衰减因素，负极表面锂枝晶的产生也是主要缺陷之一。一些新型负极材料（如碳化硅、钛酸锂等）的膨胀效应是其实际应用的主要障碍。在电解液方面，锂盐的快速分解是影响电池长期循环使用的主要问题，电解液引起的SEI损坏以及隔膜和集流体的腐蚀是亟待解决的问题。
张久俊院士/赵玉峰/王石泉AFM：锂离子电池性能衰减与缓解策略的总结
图2 LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2在不同截止电压下的衰减机理和相变
为了促进LIBs性能衰减缓解策略的进一步研究和发展，该综述提出可能克服挑战的主要对策如下：
1.进一步建立计算和实验相结合的方法，以选择新型和高性能锂离子电池电极材料。
2. 通过理论计算和原位表征进一步发展研究和分析方法/模型，以从根本上理解LIBs性能衰减机制，指导LIBs的低/零衰减电极材料的设计和制备。
3. 进一步加强基于软包电池等大容量电池和大量样本的衰减机制研究，重点研究热失控机制，并在此基础上总结出具有指导价值的数学参数或模型。
4. 进一步寻求合适的电解液，包括新型锂盐、溶剂和电解液添加剂等，以及新型隔膜、集流体、理想粘结剂或无粘结剂电池等。
5. 进一步关注外部引起的电池衰减过充、过放、高低温等因素。
张久俊院士/赵玉峰/王石泉AFM：锂离子电池性能衰减与缓解策略的总结
图3 电解液成分和电解液中副反应的图示
A Review of Performance Attenuation and Mitigation Strategies of Lithium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202107769

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