武汉理工麦立强教授&徐林教授AFM综述：用于固态锂电池的纳米线

摘要：获得高安全性、高能量密度锂电池的重要途径是开发固态电解质（SSEs）。然而，锂离子传输和界面稳定性问题限制着固态锂电池（SSLBs）的构建。因此，开发具有高电化学性能和化学稳定性的快离子导体对SSLBs至关重要。纳米线（NWs）具有沿径向保持载流子输运的高宽高

获得高安全性、高能量密度锂电池的重要途径是开发固态电解质（SSEs）。然而，锂离子传输和界面稳定性问题限制着固态锂电池（SSLBs）的构建。因此，开发具有高电化学性能和化学稳定性的快离子导体对SSLBs至关重要。纳米线（NWs）具有沿径向保持载流子输运的高宽高比，因此被广泛应用于SSLBs中，以提高离子输运效率、机械性能、热稳定性、阻燃性和电极与电解质之间的界面稳定性，从而提高SSLBs的循环稳定性和安全性。

近期，武汉理工大学麦立强教授和徐林教授发表综述，探讨了纳米线（NWs）在提高固态锂电池（SSLBs）性能和安全性方面的创新应用。相关研究内容以“Nanowires for Solid-State Lithium Batteries”为题目，发表在期刊《Advanced Functional Materials》上。

本文要点：

本文系统地综述了纳米线从合理的设计和合成策略到在固态锂电池中的复合正极、负极材料和固态电解质中的应用。详细总结了纳米线在电极中的关键作用以及引入纳米线对固态电解质性能提升的机理。最后，总结和展望了基于纳米线的固态锂电池的现有挑战和未来发展的预期前景。

在固态锂电池（SSLBs）中使用纳米线是优势是什么？

增强离子传导：纳米线提供了高纵横比，有助于沿其长度高效地传导离子，从而提高电池的整体离子导电性。机械稳定性：纳米线的柔韧性有助于在充放电周期中适应体积变化，减少电极破裂的风险，保持结构完整性。增加表面积：纳米线的大比表面积允许更高的活性材料负载，从而增强电化学反应动力学，提高电池性能。改善界面稳定性：纳米线可以在电极和固态电解质（SSEs）之间形成稳定的界面，这对于最小化电荷转移电阻和增强电池效率至关重要。缓解体积膨胀：纳米线独特的形态有助于缓解在锂化/去锂化过程中发生的体积膨胀，从而保持电极与电解质之间的良好接触。促进复合结构的形成：纳米线可以用作其他材料的支架或载体，使得构建复合电极成为可能，结合不同材料的优点以优化性能。

纳米线基固态锂电池（SSLBs）的开发面临哪些挑战？

离子和电子导电性：在电极材料和固态电解质（SSEs）中实现连续和高效的离子和电子导电通道仍然是一个重大挑战。纳米线与电解质之间的界面必须促进有效的离子传输。界面稳定性：从液态电解质转变为固态电解质会改变电极/电解质界面的动态，这可能导致接触电阻增加和界面不稳定。电极材料与SSE之间的副反应可能进一步加剧这一问题。机械稳定性：需要增强SSE的机械性能，以承受与锂离子嵌入和脱出相关的应力。纳米线必须在循环过程中保持结构完整性，以防止电极碎裂和与电解质失去接触。可扩展性和制造：纳米线的合成和集成到电池组件中必须具备可扩展性，以便进行商业生产。目前的制造方法可能不适合大规模生产，这可能阻碍纳米线基SSLBs的实际应用。热稳定性和安全性：虽然纳米线可以提高热稳定性，但确保SSE在高温下安全运行而不发生热失控至关重要。所使用的材料必须具有良好的热稳定性和阻燃性。成本和材料可用性：用于纳米线和固态电解质的材料可能昂贵或难以大规模获取。降低成本的同时保持性能是商业化的一个重要障碍。循环寿命和性能衰退：确保长循环寿命并最小化随时间的性能衰退对于SSLBs的可行性至关重要。需要深入研究纳米线在反复充放电循环中的机械和电化学稳定性。