清華新聞網(wǎng)6月25日電 近日，清華大學(xué)化工系劉凱課題組在鋰金屬電池電解液領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。
商業(yè)碳酸酯電解液對(duì)鋰金屬負(fù)極的強(qiáng)腐蝕性，導(dǎo)致大量鋰枝晶生長(zhǎng)和電池性能衰退，阻礙它們?cè)阡嚱饘匐姵兀↙MBs）中的應(yīng)用。目前，較少研究關(guān)注商業(yè)碳酸酯電解液在LMBs電化學(xué)性能方面的改進(jìn)，這使得碳酸酯電解液在LMBs領(lǐng)域的發(fā)展十分緩慢。劉凱課題組將傳統(tǒng)超分子化學(xué)中的冠醚與鋰鹽陰離子進(jìn)行結(jié)合，設(shè)計(jì)合成了一種非對(duì)稱(chēng)性鋰鹽（LiFEA），它呈現(xiàn)類(lèi)冠醚狀的分子折疊結(jié)構(gòu)，具有高偶極、高給體數(shù)（DN）、助溶某些特定有機(jī)/無(wú)機(jī)物和高Li+遷移數(shù)（tLi+）等獨(dú)特理化性質(zhì)。LiFEA基商業(yè)碳酸酯電解液在LMBs中展現(xiàn)出優(yōu)異的快速充放電性能與新穎的SEI自清潔作用機(jī)制，有效改善商業(yè)碳酸酯電解液在大電流密度條件下與鋰負(fù)極不兼容的問(wèn)題。在快速循環(huán)條件下（充電：1.46mA/cm2，放電：3.66mA/cm2），軟包電池在100次循環(huán)后的容量保持率為81%。該工作為理解鋰鹽的分子結(jié)構(gòu)、物理化學(xué)性質(zhì)和電化學(xué)性能之間的聯(lián)系提供了深入見(jiàn)解。
圖1.商業(yè)化鋰鹽與設(shè)計(jì)合成的非對(duì)稱(chēng)鋰鹽（LiFEA）的化學(xué)結(jié)構(gòu)與優(yōu)缺點(diǎn)
圖2.在實(shí)際、嚴(yán)苛的條件下，Li||NCM811軟包電池在LiFEA基商業(yè)碳酸酯電解液中的循環(huán)性能
相關(guān)成果以“設(shè)計(jì)非對(duì)稱(chēng)醚狀鋰鹽助力具有快速充放電性能的高能金屬鋰電池”（Designing an asymmetric ether-like lithium salt to enable fast-cycling high-energy lithium metal batteries）為題發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然·能源》（Nature Energy）上。
同期，《自然·能源》邀請(qǐng)韓國(guó)科學(xué)院金海德（Hee-Tak Kim）教授以“從界面中過(guò)濾有機(jī)物”（Leaching organics from the interphase）為題撰專(zhuān)文對(duì)此工作進(jìn)行了解讀和評(píng)述。
論文第一作者為清華大學(xué)化工系博士后夏迎春，通訊作者為清華大學(xué)化工系劉凱副教授。模擬計(jì)算工作由華南理工大學(xué)孔憲教授完成，核磁測(cè)試工作由清華大學(xué)藥學(xué)院田捷康老師指導(dǎo)完成，TOF-SIMS數(shù)據(jù)分析由清華大學(xué)分析測(cè)試中心郭沖老師指導(dǎo)完成。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、北京市自然科學(xué)基金、中國(guó)博士后科學(xué)基金、廣東省引進(jìn)人才項(xiàng)目和TCL科技創(chuàng)新基金的支持。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41560-023-01282-z
供稿：化工系
題圖設(shè)計(jì)：任帥
編輯：李華山
審核：郭玲
