Modeling and theoretical design of next-generation lithium metal batteries
Source abstract
Abstract
Rechargeable lithium metal batteries (LMBs) with an ultrahigh theoretical energy density have attracted more and more attentions for their crucial applications of portable electronic devices, electric vehicles, and smart grids. However, the implementation of LMBs in practice is still facing numerous challenges, such as low Coulombic e ciency, poor cycling performance, and complicated interfacial reactions. First-principles calculations have become a powerful technique in lithium battery research eld, in terms of modeling the structures and properties of speci c electrode materials, understanding the charge/discharge mechanisms at the atomic scale, and delivering rational design strategies for electrode materials as well as electrolytes. In this review, theoretical studies on sulfur cathodes, oxygen cathodes, lithium metal anodes, and solid-state electrolytes (SSEs) of LMBs are summarized. A brief introduction of simulation methods is o ered at rst. The next two chapters mainly focus on issues concerning cathodes of LMBs. Then the theoretical researches on the Li metal anode and SSEs are particularly reviewed. The current challenges and potential research directions in each field of LMBs are prospected from a theoretical viewpoint.
Source: openaire · Quality: candidate unverified · Source record ↗
Research context
OpenAlex topics: Advanced Battery Materials and Technologies · Advancements in Battery Materials · Advanced Battery Technologies Research
SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.
References (100+)
Show source-provided references
1. Chu · Nature · 2012 · 488 · 29410.1038/nature11475 ↗
2. Cabana · Adv. Mater. · 2010 · 22 · E17010.1002/adma.201000717 ↗
3. Nitta · Mater. Today · 2015 · 18 · 25210.1016/j.mattod.2014.10.040 ↗
4. Cheng · Chem. Rev. · 2017 · 117 · 1040310.1021/acs.chemrev.7b00115 ↗
5. Zhamu · Energy Environ. Sci. · 2012 · 5 · 570110.1039/C2EE02911A ↗
6. Guo · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 170000710.1002/adma.201700007 ↗
7. Mei · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 170017610.1002/adma.201700176 ↗
8. Peng · Chem. Soc. Rev. · 2017 · 46 · 523710.1039/C7CS00139H ↗
9. Peng · Adv. Energy Mater. · 2017 · 170026010.1002/aenm.201700260 ↗
10. Shen · Energy Storage Mater. · 2018 · 12 · 16110.1016/j.ensm.2017.12.002 ↗
11. Zhang · J. Energy Chem. · 2016 · 25 · 96710.1016/j.jechem.2016.11.003 ↗
12. Yang · Adv. Energy Mater. · 2017 · 7 · 170143710.1002/aenm.201701437 ↗
13. Cui · Chin. Chem. Lett. · 2017 · 28 · 217110.1016/j.cclet.2017.11.039 ↗
14. Seh · Chem. Soc. Rev. · 2016 · 45 · 560510.1039/C5CS00410A ↗
15. Yin · Angew. Chem. Int. Ed. · 2013 · 52 · 1318610.1002/anie.201304762 ↗
16. Manthiram · Adv. Mater. · 2015 · 27 · 198010.1002/adma.201405115 ↗
17. Pang · Nat. Energy · 2016 · 1 · 1613210.1038/nenergy.2016.132 ↗
18. Cheng · J. Electrochem. Soc. · 2018 · 165 · A605810.1149/2.0111801jes ↗
19. Bruce · Nat. Mater. · 2012 · 11 · 1910.1038/nmat3191 ↗
20. Luo · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 160604210.1002/adma.201606042 ↗
21. Laurent · Int. J. Quantum Chem. · 2013 · 113 · 201910.1002/qua.24438 ↗
22. Obot · Corros. Sci. · 2015 · 99 · 110.1016/j.corsci.2015.01.037 ↗
23. Wang · J. Nucl. Mater. · 2011 · 419 · 10510.1016/j.jnucmat.2011.08.008 ↗
24. Sendek · Energy Environ. Sci. · 2017 · 10 · 30610.1039/C6EE02697D ↗
25. Shi · Chin. Phys. B · 2016 · 25 · 01821210.1088/1674-1056/25/1/018212 ↗
26. Li · Energy Environ. Sci. · 2016 · 9 · 306110.1039/C6EE02364A ↗
27. Wang · J. Phys. Chem. C · 2017 · 121 · 1955910.1021/acs.jpcc.7b04642 ↗
28. Shukla · Curr. Sci. India · 2008 · 94 · 314
29. Yao · J. Phys. Chem. C · 2015 · 119 · 692310.1021/acs.jpcc.5b02130 ↗
30. Chang · Adv. Energy Mater. · 2017 · 7 · 170087510.1002/aenm.201700875 ↗
31. Park · Adv. Mater. · 2018 · 30 · 170416210.1002/adma.201704162 ↗
32. Song · Small Methods · 2017 · 1 · 170013510.1002/smtd.201700135 ↗
33. Zhang · Adv. Sci. · 2017 · 4 · 160044510.1002/advs.201600445 ↗
34. Lin · Nat. Nanotechnol. · 2017 · 12 · 19410.1038/nnano.2017.16 ↗
35. Wang · Nat. Mater. · 2015 · 14 · 102610.1038/nmat4369 ↗
36. Manthiram · Nat. Rev. Mater. · 2017 · 2 · 1610310.1038/natrevmats.2016.103 ↗
37. Tao · Nano Lett. · 2017 · 17 · 296710.1021/acs.nanolett.7b00221 ↗
38. Chen · Mater. Horiz. · 2016 · 3 · 48710.1039/C6MH00218H ↗
39. Li · Nano Lett. · 2017 · 17 · 128210.1021/acs.nanolett.6b05126 ↗
40. Sun · Sci. Chi. Chem. · 2017 · 60 · 150810.1007/s11426-017-9164-2 ↗
41. Tarascon · Nature · 2001 · 414 · 35910.1038/35104644 ↗
42. Goodenough · Chem. Mater. · 2010 · 22 · 58710.1021/cm901452z ↗
43. Zheng · Chem. Mater. · 2015 · 27 · 324310.1021/acs.chemmater.5b00056 ↗
44. Zhang · Nano Lett. · 2015 · 15 · 378010.1021/acs.nanolett.5b00367 ↗
45. Lu · J. Am. Chem. Soc. · 2011 · 133 · 1904810.1021/ja208608s ↗
46. Tian · Adv. Energy Mater. · 2017 · 7 · 160252810.1002/aenm.201602528 ↗
47. Islam · Chem. Soc. Rev. · 2014 · 43 · 18510.1039/C3CS60199D ↗
48. Myers · Nucl. Phys. A · 1996 · 601 · 14110.1016/0375-9474(95)00509-9 ↗
49. Görling · Phys. Rev. A · 2009 · 59 · 335910.1103/PhysRevA.59.3359 ↗
50. Städele · Phys. Rev. B · 1999 · 59 · 1003110.1103/PhysRevB.59.10031 ↗
51. Ying · Energy Environ. Sci. · 2009 · 2 · 58910.1039/b901825e ↗
52. Iddir · Chem. Mater. · 2014 · 26 · 240710.1021/cm403256a ↗
53. Ong · Energy Environ. Sci. · 2013 · 6 · 14810.1039/C2EE23355J ↗
54. Leung · J. Phys. Chem. C · 2015 · 119 · 1023410.1021/acs.jpcc.5b01643 ↗
55. Zhou · Electrochem. Commun. · 2004 · 6 · 114410.1016/j.elecom.2004.09.007 ↗
56. Zhang · Model. Simul. Mater. Sci. · 2013 · 21 · 07400110.1088/0965-0393/21/7/074001 ↗
57. Garcia-Lastra · J. Phsy. Chem. C · 2013 · 117 · 556810.1021/jp3107809 ↗
58. Grimme · Angew. Chem. Int. Ed. Engl. · 2017 · 2
59. Kühne · Physics · 2012 · 924 · 5908
60. Mo · Chem. Mater. · 2011 · 24 · 1510.1021/cm203303y ↗
61. Song · Energy Environ. Sci. · 2011 · 4 · 137910.1039/c0ee00473a ↗
62. Tachikawa · J. Phys. Chem. B · 2006 · 110 · 2044510.1021/jp061603l ↗
63. Henkelman · J. Chem. Phys. · 2000 · 113 · 997810.1063/1.1323224 ↗
64. Henkelman · J. Chem. Phys. · 2000 · 113 · 990110.1063/1.1329672 ↗
65. Borodin · Nanotechnology · 2015 · 26 · 35400310.1088/0957-4484/26/35/354003 ↗
66. Curtarolo · Nat. Mater. · 2013 · 12 · 19110.1038/nmat3568 ↗
67. Lemmon · Comb. Artif. Intell. Methods Mater. Sci. II · 2004 · 804 · 27
68. Richards · Chem. Mater. · 2015 · 28 · 26610.1021/acs.chemmater.5b04082 ↗
69. Wang · Phys. Rev. Lett. · 2017 · 118 · 19590110.1103/PhysRevLett.118.195901 ↗
70. Mikhaylik · J. Electrochem. Soc. · 2004 · 151 · A196910.1149/1.1806394 ↗
71. Ji · Nat. Mater. · 2009 · 8 · 50010.1038/nmat2460 ↗
72. Ji · Nat. Chem. · 2010 · 2 · 28610.1038/nchem.553 ↗
73. Hassoun · Adv. Mater. · 2010 · 22 · 519810.1002/adma.201002584 ↗
74. Fang · Nano Energy · 2017 · 42 · 20510.1016/j.nanoen.2017.10.053 ↗
75. Yang · J. Am. Chem. Soc. · 2012 · 134 · 1538710.1021/ja3052206 ↗
76. Rosenman · J. Electrochem. Soc. · 2015 · 162 · A47010.1149/2.0861503jes ↗
77. Wild · Energy Environ. Sci. · 2015 · 8 · 347710.1039/C5EE01388G ↗
78. Anasori · Nat. Rev. Mater. · 2017 · 2 · 1710.1038/natrevmats.2016.98 ↗
79. Yu · Adv. Energy Mater. · 2017 · 7 · 160234710.1002/aenm.201602347 ↗
80. Liu · Nano Energy · 2017 · 41 · 75810.1016/j.nanoen.2017.10.032 ↗
81. Sun · Adv. Mater. · 2016 · 28 · 979710.1002/adma.201602172 ↗
82. Peng · Adv. Sci. · 2016 · 3 · 150026810.1002/advs.201500268 ↗
83. Elazari · Adv. Mater. · 2011 · 23 · 564110.1002/adma.201103274 ↗
84. Zheng · Nano Lett. · 2013 · 13 · 126510.1021/nl304795g ↗
85. Seh · Chem. Sci. · 2013 · 4 · 367310.1039/c3sc51476e ↗
86. Li · Nano Lett. · 2013 · 13 · 553410.1021/nl403130h ↗
87. Ma · ACS Nano · 2016 · 10 · 105010.1021/acsnano.5b06373 ↗
88. Chen · Adv. Mater. · 2017 · 29 · 160516010.1002/adma.201605160 ↗
89. Song · J. Electrochem. Soc. · 2004 · 151 · A79110.1149/1.1710895 ↗
90. Choi · Phys. Scr. · 2007 · T129 · 6210.1088/0031-8949/2007/T129/014 ↗
91. Yao · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 394310.1038/ncomms4943 ↗
92. Xiong · Electrochim. Acta · 2012 · 83 · 7810.1016/j.electacta.2012.07.118 ↗
93. Xinyong · Nano Lett. · 2014 · 14 · 528810.1021/nl502331f ↗
94. Pang · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 475910.1038/ncomms5759 ↗
95. Wei Seh · Nat. Commun. · 2013 · 4 · 133110.1038/ncomms2327 ↗
96. Seh · Nat. Commun. · 2014 · 5 · 501710.1038/ncomms6017 ↗
97. Ye · Adv. Funct. Mater. · 2017 · 170252410.1002/adfm.201702524 ↗
98. Ye · Proc. Natl. Acad. Sci. USA · 2017 · 114 · 3091
99. Yuan · Nano Lett. · 2016 · 16 · 51910.1021/acs.nanolett.5b04166 ↗
100. Pang · Mater. Horiz. · 2016 · 3 · 13010.1039/C5MH00246J ↗