物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (11): 2007070.doi: 10.3866/PKU.WHXB202007070
所属专题: 能源与材料化学
王晗1, 安汉文1, 单红梅2, 赵雷1, 王家钧1,*()
收稿日期:
2020-07-25
录用日期:
2020-08-20
发布日期:
2020-08-26
通讯作者:
王家钧
E-mail:jiajunhit@hit.edu.cn
作者简介:
王家钧,哈尔滨工业大学教授,获批哈尔滨工业大学青年科学家工作室,2012-2017年,美国布鲁克海文国家实验室科学家。主要研究方向为电池材料与同步辐射三维成像技术
基金资助:
Han Wang1, Hanwen An1, Hongmei Shan2, Lei Zhao1, Jiajun Wang1,*()
Received:
2020-07-25
Accepted:
2020-08-20
Published:
2020-08-26
Contact:
Jiajun Wang
E-mail:jiajunhit@hit.edu.cn
About author:
Jiajun Wang, Email: jiajunhit@hit.edu.cn; Tel.: +86-451-86412114Supported by:
摘要:
采用固态电解质代替有机电解液的全固态电池具有高能量密度和高安全性等优点,为下一代能量存储设备提供了一种很有发展前途的解决方案。然而,大多数固态电解质和电极活性物质间都存在严重的界面问题,制约固态电池的实际应用;解决固态电池中的固-固界面问题,提升固态电池电化学性能是目前的研究热点。本文详细总结了固态电池中的界面挑战、改善策略以及针对界面问题的表征方法,并展望了固态电池今后发展中的关键方向和趋势。
MSC2000:
王晗, 安汉文, 单红梅, 赵雷, 王家钧. 全固态电池界面的研究进展[J]. 物理化学学报, 2021, 37(11): 2007070.
Han Wang, Hanwen An, Hongmei Shan, Lei Zhao, Jiajun Wang. Research Progress on Interfaces of All-Solid-State Batteries[J]. Acta Phys. -Chim. Sin., 2021, 37(11): 2007070.
1 |
Hoshina K. ; Dokko K. ; Kanamura K. J. Electrochem. Soc. 2005, 152, A2138.
doi: 10.1149/1.2041967 |
2 |
Huo H. Y. ; Liang J. N. ; Zhao N. ; Li X. N. ; Lin X. T. ; Zhao Y. ; Adair K. ; Li R. Y. ; Guo X. X. ; Sun X. L. ACS Energy Lett. 2020, 5, 2156.
doi: 10.1021/acsenergylett.0c00789 |
3 |
Huo H. Y. ; Sun J. Y. ; Chen C. ; Meng X. L. ; He M. H. ; Zhao N. ; Guo X. X. J. Power Sources 2018, 383, 150.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.02.026 |
4 |
Yamamoto K. ; Yoshida R. ; Sato T. ; Matsumoto H. ; Kurobe H. ; Hamanaka T. ; Kato T. ; Iriyama Y. ; Hirayama T. J. Power Sources 2014, 266, 414.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.04.154 |
5 |
Haruyama J. ; Sodeyama K. ; Han L. Y. ; Takada K. ; Tateyama Y. Chem. Mater. 2014, 26, 4248.
doi: 10.1021/cm5016959 |
6 |
Zhang W. B. ; Richter F. H. ; Culver S. P. ; Leichtweiss T. ; Lozano J. G. ; Dietrich C. ; Bruce P. G. ; Zeier W. G. ; Janek J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 22226.
doi: 10.1021/acsami.8b05132 |
7 |
Wenzel S. ; Randau S. ; Leichtwei T. ; Weber D. A. ; Sann J. ; Zeier W. G. ; Janek J. Chem. Mater. 2016, 28, 2400.
doi: 10.1021/acs.chemmater.6b00610 |
8 |
Sakuda A. ; Hayashi A. ; Tatsumisago M. Chem. Mater. 2010, 22, 949.
doi: 10.1021/cm901819c |
9 |
Huang Y. ; Chen B. ; Duan J. ; Yang F. ; Wang T. R. ; Wang Z. F. ; Yang W. J. ; Hu C. C. ; Luo W. ; Huang Y. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 3699.
doi: 10.1002/anie.201914417 |
10 |
Xia Y. Y. ; Fujieda T. ; Tatsumi K. ; Prosini P. P. ; Sakai T. J. Power Sources 2001, 92, 234.
doi: 10.1016/S0378-7753(00)00533-4 |
11 |
Zhang D. C. ; Zhang L. ; Yang K. ; Wang H. Q. ; Yu C. ; Xu D. ; Xu B. ; Wang L. M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 36886.
doi: 10.1021/acsami.7b12186 |
12 |
Xu B ; Y . ; Li W. L. ; Duan H. N. ; Wang H. J. ; Guo Y. P. ; Li H. ; Liu H. Z. J. Power Sources 2017, 354, 68.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.04.026 |
13 |
Fu K. ; Gong Y. H. ; Fu Z. Z. ; Xie H. ; Yao Y. G. ; Liu B. Y. ; Carter M. ; Wachsman E. ; Hu L. B. Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 14942.
doi: 10.1002/anie.201708637 |
14 |
Xiong S. Z. ; Liu Y. Y. ; Jankowski P. ; Liu Q. ; Nitze F. ; Xie K. ; Song J. X. ; Matic A. Adv. Funct. Mater. 2020, 30, 2001444.
doi: 10.1002/adfm.202001444 |
15 |
Kato A. ; Hayashi A. ; Tatsumisago M. J. Power Sources 2016, 309, 27.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2016.01.068 |
16 |
Wakasugi J. ; Munakata H. ; Kanamura K. J. Electrochem. Soc. 2017, 164, A1022.
doi: 10.1149/2.0471706jes |
17 |
Han F. D. ; Westover A. S. ; Yue J. ; Fan X. L. ; Wang F. ; Chi M. F. ; Leonard D. N. ; Dudney N. ; Wang H. ; Wang C. S. Nat. Energy 2019, 4, 187.
doi: 10.1038/s41560-018-0312-z |
18 |
Han X. G. ; Gong Y. H. ; Fu K. ; He X. F. ; Hitz G. T. ; Dai J. Q. ; Pearse A. ; Liu B. Y. ; Wang H. ; Rublo G. ; et al Nat. Mater. 2017, 16, 572.
doi: 10.1038/NMAT4821 |
19 |
Feng W. L. ; Dong X. L. ; Li P. L. ; Wang Y. G. ; Xia Y. Y. J. Power Sources 2019, 419, 91.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.02.066 |
20 |
Deng T. ; Ji X. ; Zhao Y. ; Cao L. S. ; Li S. ; Hwang S. ; Luo C. ; Wang P. F. ; Jia H. P. ; Fan X. L. Adv. Mater. 2020, 32, 2000030.
doi: 10.1002/adma.202000030 |
21 |
Huo H. Y. ; Chen Y. ; Li R. Y. ; Zhao N. ; Luo J. ; da Silva J. G. P. ; Mucke R. ; Kaghazchi P. ; Guo X. X. ; Sun X. L. Energy Environ. Sci. 2020, 13, 127.
doi: 10.1039/c9ee01903k |
22 |
Manthiram A. ; Yu X. W. ; Wang S. F. Nat. Rev. Mater. 2017, 2, 16103.
doi: 10.1038/natrevmats.2016.103 |
23 | Jin F. ; Li J. ; Hu C. J. ; Dong H. C. ; Chen P. ; Shen Y. B. ; Chen L. W. Acta Phys. -Chim. Sin. 2019, 35, 1399. |
金锋; 李静; 胡晨吉; 董厚才; 陈鹏; 沈炎宾; 陈立桅. 物理化学学报, 2019, 35, 1399.
doi: 10.3866/PKU.WHXB201904085 |
|
24 | Du A. B. ; Chai J. C. ; Zhang J. J. ; Liu Z. H. ; Cui G. L. Energy Storage Sci. Technol. 2016, 5, 627. |
杜奥冰; 柴敬超; 张建军; 刘志宏; 崔光磊. 储能科学与技术, 2016, 5, 627.
doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0020 |
|
25 | Li Y. ; Ding F. ; Sang L. ; Zhong H. ; Liu X. J. Energy Storage Sci. Technol. 2016, 5, 615. |
李杨; 丁飞; 桑林; 钟海; 刘兴江. 储能科学与技术, 2016, 5, 615.
doi: 10.12028/j.issn.2095-4239.2016.0043 |
|
26 |
Huo H. Y. ; Zhao N. ; Sun J. Y. ; Du F. M. ; Li Y. Q. ; Guo X. X. J. Power Sources 2017, 372, 1.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.10.059 |
27 |
Huo H. Y. ; Li X. N. ; Sun Y. P. ; Lin X. T. ; Kieran D. D. ; Liang J. W. ; Gao X. J. ; Li R. Y. ; Huang H. ; Guo X. X. ; et al Nano Energy 2020, 73, 104836.
doi: 10.1016/j.nanoen.2020.104836 |
28 |
Huo H. Y. ; Chen Y. ; Luo J. ; Yang X. F. ; Guo X. X. Adv. Energy Mater. 2019, 9, 1804004.
doi: 10.1002/aenm.201804004 |
29 |
Bae J. ; Li Y. T. ; Zhang J. ; Zhou X. Y. ; Zhao F. ; Shi Y. ; Goodenough J. B. ; Yu G. H. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2096.
doi: 10.1002/anie.201710841 |
30 |
Liu Q. ; Liu Y. Y. ; Jiao X. X. ; Song Z. X. ; Sadd M. ; Xu X. X. ; Matic A. ; Xiong S. Z. ; Song J. X. Energy Storage Mater. 2019, 23, 105.
doi: 10.1016/j.ensm.2019.05.023 |
31 |
Cao Y. ; Zuo P. J. ; Lou S. F. ; Sun Z. ; Li Q. ; Huo H. ; Ma Y. L. ; Du C. Y. ; Gao Y. Z. ; Yin G. P. J. Mater. Chem. A 2019, 7, 6533.
doi: 10.1039/c9ta00146h |
32 |
Li Y. T. ; Chen X. ; Dolocan A. ; Cui Z. M. ; Xin S. ; Xue L. G. ; Xu H. H. ; Park K. ; Goodenough J. B. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6448.
doi: 10.1021/jacs.8b03106 |
33 |
Huo H. Y. ; Chen Y. ; Zhao N. ; Lin X. T. ; Luo J. ; Yang X. F. ; Liu Y. L. ; Guo X. X. ; Sun X. L. Nano Energy 2019, 61, 119.
doi: 10.1016/j.nanoen.2019.04.058 |
34 |
Huo H. Y. ; Luo J. ; Thangadurai V. ; Guo X. X. ; Nan C. W. ; Sun X. L. ACS Energy Lett. 2020, 5, 252.
doi: 10.1021/acsenergylett.9b02401 |
35 |
Liang J. W. ; Chen N. ; Li X. N. ; Li X. ; Adair K. R. ; Li J. J. ; Wang C. H. ; Yu C. ; Banis M. N. ; Zhang L. ; et al Chem. Mater. 2020, 32, 2664.
doi: 10.1021/acs.chemmater.9b04764 |
36 |
Lepley N. D. ; Holzwarth N. A. W. ; Du Y. J. A. Phys. Rev. B 2013, 88, 104103.
doi: 10.1103/PhysRevB.88.104103 |
37 |
Ong S. P. ; Mo Y. F. ; Richards W. D. ; Miara L. ; Lee H. S. ; Ceder G. Energy Environ. Sci. 2013, 6, 148.
doi: 10.1039/c2ee23355j |
38 |
Wu F. ; Fitzhugh W. ; Ye L. h. ; Ning J. X. ; Li X. Nat. Commun. 2018, 9, 4037.
doi: 10.1038/s41467-018-06123-2 |
39 |
Zhou W. D. ; Wang S. F. ; Li Y. T. ; Xin S. ; Manthiram A. ; Goodenough J. B. J. Am. Chem. Soc. 2016, 138, 9385.
doi: 10.1021/jacs.6b05341 |
40 |
Wu J. F. ; Pang W. K. ; Peterson V. K. ; Wei L. ; Guo X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 12461.
doi: 10.1021/acsami.7b00614 |
41 |
Du F. M. ; Zhao N. ; Li Y. Q. ; Chen C. ; Liu Z. W. ; Guo X. X. J. Power Sources 2015, 300, 24.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.09.061 |
42 |
Li H. Q. ; Liu F. Y. ; Li Z. Y. ; Wang S. F. ; Jin R. H. ; Liu C. Y. ; Chen Y. M. ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 17925.
doi: 10.1021/acsami.9b06754 |
43 |
Cao D. X. ; Zhang Y. B. ; Nolan A. M. ; Sun X. ; Liu C. ; Sheng J. Z. ; Mo Y. F. ; Wang Y. ; Zhu H. L. Nano Lett. 2020, 20, 1483.
doi: 10.1021/acs.nanolett.9b02678 |
44 |
Wang L. P. ; Zhang X. D. ; Wang T. S. ; Yin Y. X. ; Shi J. L. ; Wang C. R. ; Guo Y. G. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1801528.
doi: 10.1002/aenm.201801528 |
45 |
Ohta N. ; Takada K. ; Zhang L. Q. ; Ma R. Z. ; Osada M. ; Sasaki T. Adv. Mater. 2006, 18, 2226.
doi: 10.1002/adma.200502604 |
46 |
Takada K. Langmuir 2013, 29, 7538.
doi: 10.1021/la3045253 |
47 |
Liang J. Y. ; Zeng X. X. ; Zhang X. D. ; Wang P. F. ; Ma J. Y. ; Yin Y. X. ; Wu X. W. ; Guo Y. G. ; Wan L. J. J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 6767.
doi: 10.1021/jacs.8b03319 |
48 |
Liang J. Y. ; Zeng X. X. ; Zhang X. D. ; Zuo T. T. ; Yan M. ; Yin Y. X. ; Shi J. L. ; Wu X. W. ; Guo Y. G. ; Wan L. J. J. Am. Chem. Soc. 2019, 141, 9165.
doi: 10.1021/jacs.9b03517 |
49 |
Yan H. F. ; Voorhees P. W. ; Xin H. L. L. MRS Bull. 2020, 45, 264.
doi: 10.1557/mrs.2020.90 |
50 |
Hovden R. ; Muller D. A. MRS Bull. 2020, 45, 298.
doi: 10.1557/mrs.2020.87 |
51 |
Yu Z. J. ; Wang J. J. ; Wang L. G. ; Xie Y. ; Lou S. F. ; Jiang Z. X. ; Ren Y. ; Lee S. ; Zuo P. J. ; Huo H. ; et al ACS Energy Lett. 2019, 4, 2007.
doi: 10.1021/acsenergylett.9b01347 |
52 |
Yu Z. J. ; Wang J. J. ; Liu Y. J. MRS Bull. 2020, 45, 283.
doi: 10.1557/mrs.2020.86 |
53 |
Brissot C. ; Rosso M. ; Chazalviel J. N. ; Baudry P. ; Lascaud S. Electrochim. Acta 1998, 43, 1569.
doi: 10.1016/S0013-4686(97)10055-X |
54 |
Ren Y. Y. ; Shen Y. ; Lin Y. H. ; Nan C. W. Electrochem. Commun. 2015, 57, 27.
doi: 10.1016/j.elecom.2015.05.001 |
55 |
Golozar M. ; Hovington P. ; Paolella A. ; Bessette S. ; Lagace M. ; Bouchard P. ; Demers H. ; Gauvin R. ; Zaghib K. Nano Lett. 2018, 18, 7583.
doi: 10.1021/acs.nanolett.8b03148 |
56 |
Harry K. J. ; Hallinan D. T. ; Parkinson D. Y. ; MacDowell A. A. ; Balsara N. P. Nat. Mater. 2014, 13, 69.
doi: 10.1038/NMAT3793 |
57 |
Gittleson F. S. ; El Gabaly F. Nano Lett. 2017, 17, 6974.
doi: 10.1021/acs.nanolett.7b03498 |
58 |
Zarabian M. ; Bartolini M. ; Pereira-Almao P. ; Thangadurai V. J. Electrochem. Soc. 2017, 164, A1133.
doi: 10.1149/2.0621706jes |
59 |
Park K. ; Yu B. C. ; Jung J. W. ; Li Y. T. ; Zhou W. D. ; Gao H. C. ; Son S. ; Goodenough J. B. Chem. Mater. 2016, 28, 8051.
doi: 10.1021/acs.chemmater.6b03870 |
60 |
Hovington P. ; Lagace M. ; Guerfi A. ; Bouchard P. ; Manger A. ; Julien C. M. ; Armand M. ; Zaghib K. Nano Lett. 2015, 15, 2671.
doi: 10.1021/acs.nanolett.5b00326 |
61 |
Wang Z. Y. ; Santhanagopalan D. ; Zhang W. ; Wang F. ; Xin H. L. L. ; He K. ; Li J. C. ; Dudney N. ; Meng Y. S. Nano Lett. 2016, 16, 3760.
doi: 10.1021/acs.nanolett.6b01119 |
62 |
Sun N. ; Liu Q. S. ; Cao Y. ; Lou S. F. ; Ge M. Y. ; Xiao X. H. ; Lee W. K. ; Gao Y. Z. ; Yin G. P. ; Wang J. J. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 18647.
doi: 10.1002/anie.201910993 |
63 |
Nakayama M. ; Wada S. ; Kuroki S. ; Nogami M. Energy Environ. Sci. 2010, 3, 1995.
doi: 10.1039/c0ee00266f |
64 |
Auvergniot J. ; Cassel A. ; Ledeuil J. B. ; Viallet V. ; Seznec V. ; Dedryvere R. Chem. Mater. 2017, 29, 3883.
doi: 10.1021/acs.chemmater.6b04990 |
65 |
Zhang F. ; Lou S. F. ; Li S. ; Yu Z. J. ; Liu Q. S. ; Dai A. ; Cao C. T. ; Toney M. F. ; Ge M. Y. ; Wang J. J. ; et al Nat. Commun. 2020, 11, 3050.
doi: 10.1038/s41467-020-16824-2 |
66 |
Besli M. M. ; Xia S. H. ; Kuppan S. ; Huang Y. Q. ; Metzger M. ; Shukla A. K. ; Schneider G. ; Hellstrom S. ; Christensen J. ; Doeff M. M. ; et al Chem. Mater. 2019, 31, 491.
doi: 10.1021/acs.chemmater.8b04418 |
[1] | 王文亮, 张灏纯, 陈义钢, 史海峰. 具有光催化与光芬顿反应协同作用的2D/2D α-Fe2O3/g-C3N4 S型异质结用于高效降解四环素[J]. 物理化学学报, 2022, 38(7): 2201008 - . |
[2] | 朱思颖, 李辉阳, 胡忠利, 张桥保, 赵金保, 张力. 锂离子电池氧化亚硅负极结构优化和界面改性研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2103052 - . |
[3] | 宋雨珂, 谢文富, 邵明飞. 一体化电极电催化二氧化碳还原研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2101028 - . |
[4] | 孙轲, 赵永青, 殷杰, 靳晶, 刘翰文, 席聘贤. 有机配体表面改性NiCo2O4纳米线用于水全分解[J]. 物理化学学报, 2022, 38(6): 2107005 - . |
[5] | 俞宏伟, 李实, 李金龙, 朱韶华, 孙成珍. 气驱油油气混相过程的界面传质特性及其分子机制[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2006061 - . |
[6] | 殷宇豪, 沈阳, 王虎, 陈肖, 邵林, 华文宇, 王娟, 崔义. TiN/HfxZr1-xO2/TiN铁电电容器的原位生长与表征[J]. 物理化学学报, 2022, 38(5): 2006016 - . |
[7] | 林飞宇, 杨英, 朱从潭, 陈甜, 马书鹏, 罗媛, 朱刘, 郭学益. 湿空气下制备稳定的CsPbI2Br钙钛矿太阳电池[J]. 物理化学学报, 2022, 38(4): 2005007 - . |
[8] | 刘苗苗, 王文娟, 郝秀萍, 董晓燕. Aβ40和hIAPP在溶液和表面的成核与交叉成核聚集行为[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 2002024 - . |
[9] | 常明凯, 胡娜, 李遥, 鲜东帆, 周万强, 王静一, 时燕琳, 刘春立. Eu(Ⅲ)在蒙脱石上的吸附及碳酸根和磷酸根对其吸附的影响[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 2003031 - . |
[10] | 陈志洋, 唐雅婷, 吕泽, 孟霄汉, 梁前伟, 冯建国. 香茅油纳米乳剂的构建、表征、抗菌性能和细胞毒性[J]. 物理化学学报, 2022, 38(12): 2205053 - . |
[11] | 何子旭, 陈亚威, 黄凡洋, 揭育林, 李新鹏, 曹瑞国, 焦淑红. 氟代溶剂在锂金属电池中的应用[J]. 物理化学学报, 2022, 38(11): 2205005 - . |
[12] | 宋厚甫, 康飞宇. 石墨烯导热研究进展[J]. 物理化学学报, 2022, 38(1): 2101013 - . |
[13] | 田立亮, 张玮琦, 解政, 彭凯, 马强, 徐谦, Pasupathi Sivakumar, 苏华能. 催化层掺杂共价有机框架材料提升高温聚电解质膜燃料电池性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2009049 - . |
[14] | 梁嘉顺, 刘轩, 李箐. 提升燃料电池铂基催化剂稳定性的原理、策略与方法[J]. 物理化学学报, 2021, 37(9): 2010072 - . |
[15] | 张鹏, 王继全, 李源, 姜丽莎, 王壮壮, 张高科. 非贵金属助剂Ni2P修饰类石墨碳氮化物光催化剂增强可见光光催化产氢性能[J]. 物理化学学报, 2021, 37(8): 2009102 - . |
|