高锂离子电导的有机-无机复合电解质的渗流结构设计

虞鑫润 马君 牟春博 崔光磊

引用本文: 虞鑫润, 马君, 牟春博, 崔光磊. 高锂离子电导的有机-无机复合电解质的渗流结构设计[J]. 物理化学学报, 2022, 38(3): 191206. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912061 shu
Citation:  Xinrun Yu, Jun Ma, Chunbo Mou, Guanglei Cui. Percolation Structure Design of Organic-inorganic Composite Electrolyte with High Lithium-Ion Conductivity[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2022, 38(3): 191206. doi: 10.3866/PKU.WHXB201912061 shu

高锂离子电导的有机-无机复合电解质的渗流结构设计

    作者简介:


    崔光磊,中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员,博士生导师,山东省泰山学者特聘专家, 国家自然科学杰出青年基金获得者。主要从事低成本高效能源储存与转换器件的研究;
    通讯作者: 马君, majun@qibebt.ac.cn; 崔光磊, cuigl@qibebt.ac.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51625204

摘要: 固态聚合物电解质被认为是解决传统液态锂金属电池安全隐患和循环性能的关键材料,但仍然存在离子电导率低,界面兼容性差等问题。近年来,基于无机填料与聚合物电解质的高锂离子电导的有机-无机复合电解质备受关注。根据渗流理论,有机-无机界面被认为是复合电解质离子电导率改善的主要原因。因此,设计与优化有机-无机渗流界面对提高复合电解质离子电导率具有重要意义。本文从渗流结构的设计出发,综述了不同维度结构的无机填料用于高锂离子电导的有机-无机复合电解质的研究进展,并对比分析了不同渗流结构的优缺点。基于上述评述,展望了有机-无机复合电解质的未来发展趋势和方向。

English

    1. [1]

      Cheng, F.; Liang, J.; Tao, Z.; Chen, J. Adv. Mater. 2011, 23, 1695. doi: 10.1002/adma.201003587

    2. [2]

      Tarascon, J. M.; Armand, M. Nature 2001, 414, 359. doi: 10.1038/35104644

    3. [3]

      Lin, D.; Liu, Y.; Cui, Y. Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 194. doi: 10.1038/nnano.2017.16

    4. [4]

      Liu, B.; Zhang, J. G.; Xu, W. Joule 2018, 2, 833. doi: 10.1016/j.joule.2018.03.008

    5. [5]

      Fan, L.; Wei, S.; Li, S.; Li, Q.; Lu, Y. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702657. doi: 10.1002/aenm.201702657

    6. [6]

      Chen, S.; Wen, K.; Fan, J.; Bando, Y.; Golberg, D. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 11631. doi: 10.1039/c8ta03358g

    7. [7]

      Nowak, S.; Winter, M. J. Electrochem. Soc. 2015, 162 (14), A2500. doi: 10.1149/2.0121514jes

    8. [8]

      Schroeder, D. J.; Hubaud, A. A.; Vaughey, J. T. Mater. Res. Bull. 2014, 49, 614. doi: 10.1016/j.materresbull.2013.10.006

    9. [9]

      崔闻宇, 安茂忠, 杨培霞. 物理化学学报, 2010, 26 (5), 1233. doi: 10.3866/PKU.WHXB20100530Cui, W. Y.; An, M. Z.; Yang, P. X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2010, 26 (5), 1233. doi: 10.3866/PKU.WHXB20100530

    10. [10]

      Chen, R.; Qu, W.; Guo, X.; Li, L.; Wu, F. Mater. Horiz. 2016, 3, 487. doi: 10.1039/c6mh00218h

    11. [11]

      Hu, Y. S. Nat. Energy 2016, 1, 16042. doi: 10.1038/nenergy.2016.42

    12. [12]

      Janek, J.; Zeier, W. G. Nat. Energy 2016, 1, 16141. doi: 10.1038/nenergy.2016.141

    13. [13]

      Zhou, D.; Shanmukaraj, D.; Tkacheva, A.; Armand, M.; Wang, G. Chemistry 2019, 5, 2326. doi: 10.1016/j.chempr.2019.05.009

    14. [14]

      Cheng, X. B.; Zhao, C. Z.; Yao, Y. X.; Liu, H.; Zhang, Q. Chemistry 2019, 5, 74. doi: 10.1016/j.chempr.2018.12.002

    15. [15]

      Zhu, Y.; He, X.; Mo, Y. ACS Appl. Mater. Interfaces 2015, 7, 23685. doi: 10.1021/acsami.5b07517

    16. [16]

      Bachman, J. C.; Muy, S.; Grimaud, A.; Chang, H. H.; Pour, N.; Lux, S. F.; Paschos, O.; Maglia, F.; Lupart, S.; Lamp, P.; et al. Chem. Rev. 2016, 116, 140. doi: 10.1021/acs.chemrev.5b00563

    17. [17]

      Chinnam, P. R.; Wunder, S. L. ACS Energy Lett. 2016, 2, 134. doi: 10.1021/acsenergylett.6b00609

    18. [18]

      Han, F.; Zhu, Y.; He, X.; Mo, Y.; Wang, C. Adv. Energy Mater. 2016, 6(8), 1501590. doi: 10.1002/aenm.201501590

    19. [19]

      Yao, X.; Huang, B.; Yin, J.; Peng, G.; Huang, Z.; Gao, C.; Liu, D.; Xu, X. Chin. Phys. B 2016, 25, 018802. doi: 10.1088/1674-1056/25/1/018802

    20. [20]

      Hu, P.; Chai, J.; Duan, Y.; Liu, Z.; Cui, G.; Chen, L. J. Mater. Chem. A 2016, 4, 10070. doi: 10.1039/c6ta02907h

    21. [21]

      Zhang, X.; Wang, S.; Xue, C.; Xin, C.; Lin, Y.; Shen, Y.; Li, L.; Nan, C. W. Adv. Mater. 2019, 31, e1806082. doi: 10.1002/adma.201806082

    22. [22]

      Zhang, W.; Nie, J.; Li, F.; Wang, Z. L.; Sun, C. Nano Energy 2018, 45, 413. doi: 10.1016/j.nanoen.2018.01.028

    23. [23]

      费慧芳, 刘永鹏, 魏传亮, 张煜婵, 冯金奎, 陈传忠, 于慧君. 物理化学学报, 2020, 36 (5), 1905015. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905015Fei, H. F.; Liu, Y. P.; Wei, C. L.; Zhang, Y. C.; Feng, J. K.; Chen, C. Z.; Yu, H. J. Acta Phys. -Chim. Sin. 2020, 36 (5), 1905015. doi: 10.3866/PKU.WHXB201905015

    24. [24]

      Quartarone, E.; Mustarelli, P. Chem. Soc. Rev. 2011, 40, 2525. doi: 10.1039/c0cs00081g

    25. [25]

      Zhou, Q.; Ma, J.; Dong, S.; Li, X.; Cui, G. Adv. Mater. 2019, 31(50), 1902029. doi: 10.1002/adma.201902029

    26. [26]

      Hu, T. S.; Hong, P. K.; Saikia, D.; Kao, H. M.; Chen, M. C. Ionics 2014, 20, 1561. doi: 10.1007/s11581-014-1107-2

    27. [27]

      Masoud, E. M.; El-Bellihi, A. A.; Bayoumy, W. A.; Mousa, M. A. J. Alloy. Compd. 2013, 575, 223. doi: 10.1016/j.jallcom.2013.04.054

    28. [28]

      Zhang, X.; Liu, T.; Zhang, S.; Huang, X.; Xu, B.; Lin, Y.; Xu, B.; Li, L.; Nan, C. W.; Shen, Y. J. Am. Chem. Soc. 2017, 139, 13779. doi: 10.1021/jacs.7b06364

    29. [29]

      Zheng, J.; Tang, M.; Hu, Y. Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 12538. doi: 10.1002/anie.201607539

    30. [30]

      Zhao, Y.; Wu, C.; Peng, G.; Chen, X.; Yao, X.; Bai, Y.; Wu, F.; Chen, S.; Xu, X. J. Power Sources 2016, 301, 47. doi: 10.1016/j.jpowsour.2015.09.111

    31. [31]

      Dieterich, W.; Dürr, O.; Pendzig, P.; Bunde, A.; Nitzan, A. Phys. A 1999, 266, 229. doi: 10.1016/S0378-4371(98)00597-4

    32. [32]

      Li, Z.; Huang, H.; Zhu, J.; Wu, J.; Yang, H.; Wei, L.; Guo, X. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 11 (1), 784. doi: 10.1021/acsami.8b17279

    33. [33]

      Kitajima, S.; Kitaura, H.; Im, D.; Hwang, Y.; Ishida, M.; Zhou, H. Solid State Ionics 2018, 316, 29. doi: 10.1016/j.ssi.2017.12.018

    34. [34]

      Chen, L.; Li, Y.; Li, S. P.; Fan, L. Z.; Nan, C. W.; Goodenough, J. B. Nano Energy 2018, 46, 176. doi: 10.1016/j.nanoen.2017.12.037

    35. [35]

      Liu, X.; Peng, S.; Gao, S.; Cao, Y.; You, Q.; Zhou, L.; Jin, Y.; Liu, Z.; Liu, J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 15691. doi: 10.1021/acsami.8b01631

    36. [36]

      Zhai, H.; Xu, P.; Ning, M.; Cheng, Q.; Mandal, J.; Yang, Y. Nano Lett. 2017, 17, 3182. doi: 10.1021/acs.nanolett.7b00715

    37. [37]

      Liu, W.; Liu, N.; Sun, J.; Hsu, P. C.; Li, Y.; Lee, H. W.; Cui, Y. Nano Lett. 2015, 15, 2740. doi: 10.1021/acs.nanolett.5b00600

    38. [38]

      Zhu, P.; Yan, C.; Dirican, M.; Zhu, J.; Zang, J.; Selvan, R. K.; Chung, C. C.; Jia, H.; Li, Y.; Kiyak, Y.; et al. J. Mater. Chem. A 2018, 6, 4279. doi: 10.1039/c7ta10517g

    39. [39]

      Liu, W.; Lee, S. W.; Lin, D.; Shi, F.; Wang, S.; Sendek, A. D.; Cui, Y. Nat. Energy 2017, 2, 17035. doi: 10.1038/nenergy.2017.35

    40. [40]

      Tang, W.; Tang, S.; Zhang, C.; Ma, Q.; Xiang, Q.; Yang, Y. W.; Luo, J. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1800866. doi: 10.1002/aenm.201800866

    41. [41]

      Tang, W.; Tang, S.; Guan, X.; Zhang, X.; Xiang, Q.; Luo, J. Adv. Funct. Mater. 2019, 29, 1900648. doi: 10.1002/adfm.201900648

    42. [42]

      Jia, W.; Li, Z.; Wu, Z.; Wang, L.; Wu, B.; Wang, Y.; Cao, Y.; Li, J. Solid State Ionics 2018, 315, 7. doi: 10.1016/j.ssi.2017.11.026

    43. [43]

      Kammoun, M.; Berg, S.; Ardebili, H. Nanoscale 2015, 7, 17516. doi: 10.1039/c5nr04339e

    44. [44]

      Cheng, S.; Smith, D. M.; Li, C. Y. Macromolecule 2015, 48, 4503. doi: 10.1021/acs.macromol.5b00972

    45. [45]

      Yuan, M.; Erdman, J.; Tang, C.; Ardebili, H. RSC Adv. 2014, 4, 59637. doi: 10.1039/c4ra07919a

    46. [46]

      Li, A.; Liao, X.; Zhang, H.; Shi, L.; Wang, P.; Cheng, Q.; Borovilas, J.; Li, Z.; Huang, W.; Fu, Z.; et al. Adv. Mater. 2019, 32, 1905517. doi: 10.1002/adma.201905517

    47. [47]

      Zekoll, S.; Marriner-Edwards, C.; Hekselman, A. K. O.; Kasemchainan, J.; Kuss, C.; Armstrong, D. E. J.; Cai, D.; Wallace, R. J.; Richter, F. H.; Thijssen, J. H. J.; et al. Energy Environ. Sci. 2018, 11, 185. doi: 10.1039/c7ee02723k

    48. [48]

      Xie, H.; Yang, C.; Fu, K.; Yao, Y.; Jiang, F.; Hitz, E.; Liu, B.; Wang, S.; Hu, L. Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1703474. doi: 10.1002/aenm.201703474

    49. [49]

      Bae, J.; Li, Y.; Zhang, J.; Zhou, X.; Zhao, F.; Shi, Y.; Goodenough, J. B.; Yu, G. Angew. Chem. Int. Ed. 2018, 57, 2096. doi: 10.1002/anie.201710841

    50. [50]

      Zhou, Q.; Zhang, J.; Cui, G. Macromol. Mater. Eng. 2018, 303, 1800337. doi: 10.1002/mame.201800337

    51. [51]

      Duan, H.; Fan, M.; Chen, W. P.; Li, J. Y.; Wang, P. F.; Wang, W. P.; Shi, J. L.; Yin, Y. X.; Wan, L. J.; Guo, Y. G. Adv. Mater. 2019, 31, e1807789. doi: 10.1002/adma.201807789

    52. [52]

      Zhou, W.; Wang, Z.; Pu, Y.; Li, Y.; Xin, S.; Li, X.; Chen, J.; Goodenough, J. B. Adv. Mater. 2018, 31, 1805574. doi: 10.1002/adma.201805574

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  36
  • 文章访问数:  1227
  • HTML全文浏览量:  212
文章相关
  • 发布日期:  2022-03-15
  • 收稿日期:  2019-12-25
  • 接受日期:  2020-01-15
  • 修回日期:  2020-01-14
  • 网络出版日期:  2020-03-10
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章