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鑒于其高能量/功率密度和長循環壽命，鋰離子電池(LIBs)已成為電動/混動電動汽車、便攜式電子產品和發電廠最實用的電源之一。然而，LIBs的性能衰減限制了它們在許多能源相關系統中的應用。

上海大學張久俊院士、趙玉峰、湖北大學王石泉等從常用的正極材料和負極材料、電解液和集流體方面全面回顧了LIBs的性能衰減機制和開發緩解策略的努力。

圖1 電池在正極、負極、電解液、集流體等處發生的整體衰減的圖示

該綜述指出，正極材料的衰減和衰變機制在很大程度上可以歸因于層狀結構的破壞和坍塌、橄欖石和尖晶石結構的相變和無序轉變、電池循環過程中金屬的溶解和沉積，以及由此產生的鋰和氧的缺陷或損失。

對于負極，SEI膜的演化和破壞是電池的主要衰減因素，負極表面鋰枝晶的產生也是主要缺陷之一。一些新型負極材料（如碳化硅、鈦酸鋰等）的膨脹效應是其實際應用的主要障礙。在電解液方面，鋰鹽的快速分解是影響電池長期循環使用的主要問題，電解液引起的SEI損壞以及隔膜和集流體的腐蝕是亟待解決的問題。

圖2 LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂在不同截止電壓下的衰減機理和相變

為了促進LIBs性能衰減緩解策略的進一步研究和發展，該綜述提出可能克服挑戰的主要對策如下：

1.進一步建立計算和實驗相結合的方法，以選擇新型和高性能鋰離子電池電極材料。

2. 通過理論計算和原位表征進一步發展研究和分析方法/模型，以從根本上理解LIBs性能衰減機制，指導LIBs的低/零衰減電極材料的設計和制備。

3. 進一步加強基于軟包電池等大容量電池和大量樣本的衰減機制研究，重點研究熱失控機制，并在此基礎上總結出具有指導價值的數學參數或模型。

4. 進一步尋求合適的電解液，包括新型鋰鹽、溶劑和電解液添加劑等，以及新型隔膜、集流體、理想粘結劑或無粘結劑電池等。

5. 進一步關注外部引起的電池衰減過充、過放、高低溫等因素。

圖3 電解液成分和電解液中副反應的圖示

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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張久俊院士/趙玉峰/王石泉AFM：鋰離子電池性能衰減與緩解策略的總結

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