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锂离子电池已广泛应用于便携式电子产品,在电动汽车与规模储能领域也具有广阔的应用前景[1]。然而商业锂电池均采用易燃有机电解液,不但组装条件苛刻、成本高,还存在较大的安全隐患,严重制约了动力锂离子电池的应用推广。因此,从本质上缓解或者完全解决锂离子电池的安全问题、大幅度降低电池的生产成本具有重要意义。水系锂离子电池采用无机锂盐水溶液代替有机电解液,从本质上消除了安全隐患。同时,还具有电导率较高,价格低廉,功率密度高等优点,可以满足动力电池和储能电池领域的应用需要。[2]循环寿命短是水系锂电池目前面临的关键问题。水的分解使正负极材料的选择受到限制。正极材料较为成熟。相比于正极,负极材料的选择比较困难,通常情况下,嵌入电位相对于Li+/Li在2V~3V的材料可作为水系锂电池的负极材料。主要研究的负极材料有VO2(B)、V2O5、LiV3O8、LiV2O5、NaV3O8、H2V3O8、MoO3和磷酸钛锂等。目前负极材料是制约水系锂离子电池发展的关键。钒酸盐材料具有容量高和嵌锂电位合适等特点,而LiTi2(PO4)3结构稳定、价格低廉和平台稳定,都是目前比较合适的负极。本课题组近年来在水系锂离子电池领域开展了一系列研究,重点在高性能负极材料钒酸盐材料(如LiV3O8、NaV3O8、Na0.33V2O5等)和磷酸钛锂材料相继取得了重要的成果,电池循环寿命得到了显著改善。通过LiTi2(PO4)3单晶纳米颗粒的制备,组装的水系锂电池循环寿命在高倍下超过了5000次,见Fig.1。而钒酸盐负极体现了较高的充放电容量和较好的循环性能,通过复合核壳式结构设计,先后制备了LixV2O5/LiV3O8和Al2O3/LixV2O5/LiV3O8,显示了良好的循环性能。基于课题组在水系锂电池的相关研究,本文将重点介绍近年来该领域取得的重要成果,详细分析水系电池的容量衰减规律,并将对后续研究进行展望。