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2022年 第28卷 第11期    刊出日期：2022-11-28

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庆祝杨裕生院士九秩华诞专辑（曹高萍研究员主编）

第28卷第11期封面和目次

2022, 28(11):  1-0. 

摘要 ( 157 )   PDF (110023KB) ( 403 )  

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庆祝杨裕生院士九秩华诞专辑序言

张浩, 曹高萍, 骞伟中, 张强

2022, 28(11):  2219000.  doi:10.13208/j.electrochem.2219000

摘要 ( 325 )   HTML ( 127)   PDF (1263KB) ( 465 )  

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作者聚焦

2022, 28(11):  2219111.  doi:10.13208/j.electrochem.2219111

摘要 ( 220 )   HTML ( 420)   PDF (378KB) ( 348 )  

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综述



当前和下一代锂离子电池电解液的原子尺度微观认识和研究进展

侯廷政, 陈翔, 蒋璐, 唐城

2022, 28(11):  2219007.  doi:10.13208/j.electrochem.2219007

摘要 ( 846 )   RichHTML ( 404)   PDF (1487KB) ( 1827 )  

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电解液及构筑电极电解液界面对于开发和应用高比容量储能系统至关重要。具体来说，电解液的机械（抗压性、粘度）、热（热导率和热容）、化学（溶解性、活度、反应性）、输运和电化学（界面及界面层）等性质，与其所组成的储能器件的性能直接相关。目前，大量的实验研究通过调控电解液的物理和/或化学组成来改善电解液性能，以满足新型电极材料的工作运行。与此同时，理论模拟方法近年来得到了迅速发展，使人们可以从原子尺度来理解电解液在控制离子输运和构筑功能化界面的作用。站在理论模拟研究的前沿上，人们可以利用其所揭示的机理性认识对新型电解液开展理性设计。本文首先总结了传统电解液的组成、溶剂化结构和输运性质以及电极电解液界面层的形成机理，进一步讨论了利用新型电解液设计稳定电极电解液界面层的方法，包括使用电解液添加剂、高浓电解液和固态电解质，并着重讨论了对这些新型电解液体系进行原子尺度模拟的最新进展，为了解和认识电解液提供更为基本的理解，并为未来电解液的设计提供系统的指导。最后，作者对新型电解液的理论筛选进行了展望。



低聚离子液体的体相与界面及其电化学储能应用

李丹丹, 纪翔宇, 陈明, 杨燕茹, 王晓东, 冯光

2022, 28(11):  2219002.  doi:10.13208/j.electrochem.2219002

摘要 ( 522 )   RichHTML ( 364)   PDF (3253KB) ( 1365 )  

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近年来，随着单阳离子液体的发展，新型低聚物离子液体被合成并应用。这类离子液体可看作是由几个重复的单阳离子组合而成，可以通过改变阳离子带电基团、间隔连接的长度或种类、末端链的长度以及阴离子种类来获得更多不同的结构。因此，低聚离子液体有更复杂的微观结构和内部相互作用，决定了其多特征的物化性质和电化学特性，有望满足更多对溶剂性能有特定要求的应用。例如，与单阳离子液体相比，低聚离子液体具有更大的可调节性、更宽的液态温度范围、更高的热稳定性等优点，使其在电化学储能设备中得到越来越多的应用，如用作超级电容器和锂离子电池的电解液。在本综述中，我们系统地总结并详细解释了低聚离子液体的性质和结构（包括单个离子的结构和本体液内部的纳米组织）之间的关联，主要是双阳离子液体和三阳离子液体；概括了低聚离子液体作为超级电容器和锂离子电池的电解液的相关研究，重点阐述了由低聚离子液体和不同类型电极组成的双电层的结构和性能，以及与相应单阳离子液体电解液的比较结果；提供了降低低聚离子液体粘度和加速离子扩散的优化措施，提出了低聚离子液体电解液未来可能面临的主要问题和发展前景。



影响电池性能的因素：金属离子溶剂化结构衍生的界面行为还是固体电解质界面膜?

程浩然, 马征, 郭营军, 孙春胜, 李茜, 明军

2022, 28(11):  2219012.  doi:10.13208/j.electrochem.2219012

摘要 ( 925 )   RichHTML ( 462)   PDF (3279KB) ( 2055 )  

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通过电解液分解在电极上形成的固体电解质界面（SEI）层被认为是影响电池性能的最重要因素。 然而，我们发现金属离子溶剂化结构也会影响其电极性能，尤其可以阐明许多SEI无法解释的实验现象。基于该综述，本文总结了金属离子溶剂化结构和衍生的金属离子去溶剂化行为的重要性，并建立了相应的界面模型以展示界面行为和电极性能之间的关系，并将其应用于不同的电极和电池体系。我们强调了电极界面离子/分子相互作用对电极性能的影响，该解释与以往基于SEI的解释不同。该综述为理解电池性能和指导电解液设计提供了一个新的视角。



关于水系锌离子电池中无氧钒基正极材料的综述

贠潇如, 陈宇方, 肖培涛, 郑春满

2022, 28(11):  2219004.  doi:10.13208/j.electrochem.2219004

摘要 ( 890 )   RichHTML ( 449)   PDF (4237KB) ( 1504 )  

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水系锌离子电池具有功率密度高、环境友好、安全性高、低成本和锌资源丰富等优点，被认为具有潜力成为下一代电化学储能系统。然而，正极材料较差的电化学性能制约了水系锌离子电池的未来发展。尽管氧化锰、氧化钒、普鲁士蓝类似物、有机材料等多种材料已被广泛研究，设计具有高性能的理想正极材料仍面临着巨大挑战。无氧钒基化合物由于具有高的电导率、大的层间距、低的离子扩散势垒和高的理论比容量，受到越来越多的关注。本文总结了无氧钒基化合物的研究进展，包括电极材料的设计、改善其电化学性能的有效途径以及复杂的储能机制，提出了无氧钒基化合物目前面临的挑战和未来的发展前景，为进一步制备新型高性能钒基正极材料提供指导。

论文



阳离子无序和表面化学残留物对层状氧化物阴极初始库仑效率影响的研究

刘晋利, 吴涵峰, 刘志北, 吴英强, 王莉, 卑凤利, 何向明

2022, 28(11):  2219001.  doi:10.13208/j.electrochem.2219001

摘要 ( 502 )   RichHTML ( 310)   PDF (2484KB) ( 1114 )  

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锂层状氧化物LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂（NCM622）是电动汽车高能锂离子电池中最有前途的正极材料之一。然而，目前NCM622的一个问题是其初始库仑效率（ICE）只有约87%，比LiCoO₂或LiFePO₄至少低6%。在本工作中，我们研究了在烧结过程中形成的表面化学残留物（如LiOH和Li₂CO₃）和Li/Ni阳离子混排对ICE的影响。结果表明，当烧结温度从825 ^oC提高到900 ^oC时，样品的ICE从80.80%提高到86.68%，而相应的Li/Ni阳离子混排和表面化学残留物也有所减少。进一步地，我们使用HNO₃溶液洗涤去除825 ^oC烧结后的样品的表面残留物，发现尽管Li/Ni阳离子紊乱有所增加，但ICE提高3.57%。这些结果表明，通过适当的烧结工艺和后处理技术将表面残留量和Li/Ni阳离子混排降至最低是获得高ICE并改善NCM622电化学性能的关键。



用纳米羟基磷灰石@多孔碳构建锂硫电池高效反应界面

汪佳裕, 仝学锋, 彭启繁, 关越鹏, 王维坤, 王安邦, 刘乃强, 黄雅钦

2022, 28(11):  2219008.  doi:10.13208/j.electrochem.2219008

摘要 ( 504 )   RichHTML ( 208)   PDF (2256KB) ( 394 )  

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由于正极活性物质硫具有能量密度高、成本低廉和储量丰富等优点，锂硫（Li-S）电池受到了人们的极大关注。然而，锂硫电池充放电过程中产生的多硫化锂的“穿梭效应”严重阻碍了其实用化进程。为了解决这个问题，本研究借助动物软骨的组成和结构特点，制备了纳米羟基磷灰石@多孔碳（nano-HA@CCPC）复合材料，并以此设计了面向正极的锂硫电池隔膜涂层。研究表明，纳米羟基磷灰石不仅对多硫化物具有吸附固定作用，并且对多硫化锂的转化具有催化作用，加快了多硫化锂的氧化还原动力学，有效地提升了活性物质硫的利用率。另外，软骨基碳复合材料的多孔结构形成了很好的导电网络，为电化学反应提供了优良的电子传导路径；也有利于电解液的浸润，加快了离子传输；碳的氮原子掺杂进一步限制了多硫化物的穿梭效应。因此，采用nano-HA@CCPC隔膜涂层的锂硫电池表现出较长的循环寿命、低的容量损失以及高的倍率性能。在0.5 C下，循环325次后，电池仍然能保持815 mAh·g^-1的放电比容量，并且每次的容量衰减率仅为0.051%。nano-HA@CCPC的设计制备将为锂硫电池的发展提供新材料。