多电子反应材料推动高能量密度电池发展:材料与体系创新

• Published in: 电化学 Vol. 28; no. 12; pp. 36 - 47
• Main Authors: 郭瑞琪, 吴锋, 王欣然, 白莹, 吴川
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 北京理工大学材料学院,环境科学工程北京市重点实验室,北京100081 2022; 北京理工大学长三角研究院(嘉兴),浙江嘉兴314019%北京理工大学材料学院,环境科学工程北京市重点实验室,北京100081
• Subjects: 高能量密度; 电极材料体系; lithium-ion batteries; 锂离子电池; high energy density; solid-state batteries; 电池固态化; electrode material system; multi-electron reaction; 多电子反应
• ISSN: 1006-3471
• DOI: 10.13208/j.electrochem.2219011

全球能源结构转型推动了电化学储能系统的飞速发展,提高能量密度是发展新型二次电池的重要方向和研究热点.然而,受限于传统的嵌入式反应,锂离子电池在能量密度上已经逐渐达到极限.要发展更高能量密度的新型二次电池,需要在新理论、新材料和新体系上进行突破.基于此,本文总结了 20年来多电子反应材料概念的形成、理论的发展、材料创制的历程.在"轻元素多电子反应"和"多离子效应"核心设计准则的指导下,具有上述特征的电极材料与电池结构不断发展迭代,引领了高能量密度电池的发展方向.从阳离子氧化还原到阴阳离子协同氧化还原,从嵌入式反应到合金化反应,从传统有机液态体系到电池固态化,本文梳理了典型的多电子反应正负极材料的结构特性、体系创新和工程化前景,剖析了多电子反应电极材料的瓶颈问题,并分析了电池固态化发展所面临的挑战.最后,对高能量密度电池的未来发展趋势和难点进行了归纳与展望.