清華新聞網(wǎng)12月1日電 鋰金屬電池是下一代高能量密度二次電池的優(yōu)秀“候選人”。然而，它的發(fā)展正面臨著鋰沉積/溶解可逆性差、電解質(zhì)消耗等問(wèn)題的阻礙。目前，通過(guò)優(yōu)選功能添加劑、溶劑和鋰鹽的方式是最方便和有效的解決方案，因?yàn)殡娊庖后w系溶劑化結(jié)構(gòu)可以調(diào)節(jié)電極/電解液的界面形成以提升電池性能。近日，清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院材料研究院李寶華教授團(tuán)隊(duì)發(fā)文報(bào)道了一種由酯和醚共溶劑（氟乙烯碳酸酯/二甲氧基乙烷，F(xiàn)EC/DME）復(fù)合的常規(guī)濃度LiPF6和LiNO3雙鹽電解液體系，發(fā)現(xiàn)雙陰離子（PF6?和NO3?）能夠同時(shí)進(jìn)入Li+溶劑化鞘層，以接觸離子配對(duì)（CIP）和積聚（AGG）的形式存在，形成雙陰離子聚集的溶劑化結(jié)構(gòu)。
雙陰離子聚集溶劑化結(jié)構(gòu)衍生界面穩(wěn)定高電壓鋰金屬電池示意圖
機(jī)理研究表明，這種溶劑化構(gòu)型改善了鋰沉積/溶解過(guò)程的動(dòng)力學(xué)，在鋰金屬負(fù)極上誘導(dǎo)產(chǎn)生了梯度異質(zhì)結(jié)構(gòu)的固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI），有助于提升鋰沉積/溶解的可逆性；同時(shí)在高電壓正極側(cè)衍生出薄而致密的正極/電解質(zhì)界面膜（CEI），阻止了高電壓下電解液的分解作用。采用此電解液體系，對(duì)稱(chēng)電池在0.5 mA cm-2電流密度下可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰沉積/溶解循環(huán)450次，并且?guī)靵鲂矢哌_(dá)~98.9%。Li∥LiNi0.85Co0.10Al0.05O2全電池在4.3 V電壓下具有良好的容量保持率。該研究工作通過(guò)溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控界面，有助于對(duì)高電壓鋰金屬電池的深入理解。
相關(guān)研究成果近期以“雙陰離子聚集的溶劑化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定高電壓鋰金屬電池”（Hybrid Electrolyte with Dual-Anion-Aggregated Solvation Sheath for Stabilizing High-Voltage Lithium-Metal Batteries）為題發(fā)表在《先進(jìn)材料》（Advanced Materials）期刊上。本文第一作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院博士后王賢樹(shù)，共同通訊作者為清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院材料研究院李寶華教授和中國(guó)科學(xué)院深圳理工大學(xué)（籌）韓翠平助理教授。
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https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202007945
供稿：深圳國(guó)際研究生院
編輯：溫興煜 覃霞
審核：呂婷
