锂离子电池(LIBs)在低温条件下会出现阻抗增大、嵌入/脱嵌锂不平衡、循环效率降低、容量衰减等现象,导致充电比放电更加困难,严重影响了LIBs的低温性能,其中对LIBs低温性能影响最大的是电解液。电解液在低温下黏度变大,与电极材料和隔膜之间的相容性变差,导致离子电导率降低,电荷转移电阻增大,最终导致电池性能下降。本文基于web of science核心合集数据库对LIBs用低温电解液有关文献进行可视化图谱分析。利用CiteSpace分析后可知,低温电解液的研究经历可分为三个阶段:起步阶段、平稳阶段和快速发展阶段。研究力量主要集中在中国、美国、日本、德国等国家,中国逐渐成为科研的核心力量。各个国家、科研机构之间的合作越来越密切,越来越多的科研人员参与到研究中来。目前开发新型低温电解液主要有两条路线:①设计低黏度、高离子电导率的多元电解液,辅以功能添加剂来提升低温性能;②通过研究SEI膜的界面结构和性质,设计高扩散系数的电极材料增大Li+在低温下的迁移率以此提升低温性能。除此以外,未来固体电解质的突破有可能彻底解决LIBs低温性能不良的问题。与此同时,结合计算材料科学可以加速研发过程,有助于产学研的深度融合。
固态电解质具备高能量密度、高容量、高安全性等特点被认为是理想的电解质材料。无机固态电解质具有较高的离子电导率和力学性能,但其与电极间阻抗高、接触差;聚合物固态电解质有良好的柔性和可加工性,但离子电导率远远达不到应用要求。有机-无机复合电解质兼备两者的优点,是目前最适用于应用推广的材料之一,但在离子电导率和电化学稳定性方面还差强人意。本文基于Web of Science核心合集数据库回顾了近30年关于有机-无机复合电解质的相关文献,利用CiteSpace对相关数据进行了可视化整理。并针对复合电解质发展过程的重要节点和近5年的研究热点进行了深入分析。结果发现目前复合电解质方向研究热度正处于指数上升阶段;复合电解质的最新研究聚焦于凝胶态、单离子导体结构和聚碳酸酯基材料等方向;界面是复合电解质研究的关键问题,是近五年突现强度最高的关键词。关于下阶段复合电解质的开发要围绕:①半固态复合电解质的材料选择和结构设计;②电解质内部相间界面结构和传输机理的研究;③电解质与电极间构建稳定的弹性SEI/CEI膜。
