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yexuqing木蟲之王 (文學泰斗)
太陽系系主任
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[交流]
從-40℃到60℃，新型電解液助力鋰金屬電池寬溫域高效循環(huán)
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從-40℃到60℃，新型電解液助力鋰金屬電池寬溫域高效循環(huán) 鋰離子電池的理論能量密度有限，難以滿足日益增長的能量需求。近日，西安交通大學化工學院教授唐偉聯(lián)合東南大學教授吳宇平、上海交大副教授杲祥文、空間電源所研究員李永、德國卡爾斯魯厄理工學院教授Stefano Passerini（斯特凡諾·帕塞里尼）組成的國際化創(chuàng)新團隊基于對SEI化學的調(diào)控，設(shè)計了一種寬溫域電解液（WTAE），助力鋰金屬電池寬溫域高效循環(huán)。 該研究成果以《寬溫域500 Wh kg-1鋰金屬軟包電池》（Wide temperature 500 Wh kg-1 lithium metal pouch cells）為題發(fā)表在國際期刊《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。 該研究成果展示了理解SEI化學的重要性，為寬溫域電解液的設(shè)計提供了有效的策略，對推動寬溫域鋰金屬電池的技術(shù)突破和商業(yè)化進程具有重要指導意義。 鋰金屬電池（LMBs）因其高比容量的鋰金屬負極（3860mAh g-1）被視為實現(xiàn)超過500Wh kg-1能量密度的“圣杯”。然而，受限于金屬電極/電解液界面的不穩(wěn)定性以及枝晶生長問題，鋰金屬電池循環(huán)壽命較差。在追求高能量密度的條件下（低N/P比以及低E/C比），其循環(huán)穩(wěn)定性面臨更大的挑戰(zhàn)。此外，鋰金屬電池的性能受溫度變化影響顯著，低溫下由于鋰的傳質(zhì)動力學緩慢，導致鋰枝晶生長和放電能量密度低（-40℃時低于300 Wh kg-1）。因此，基于SEI化學調(diào)控，構(gòu)建寬溫域電解液，提升鋰金屬電池寬溫域循環(huán)穩(wěn)定性，對于拓寬高能量密度鋰金屬電池應用場景具有重要意義與價值。 陰離子衍生SEI的SEI化學組成示意圖。 西安交通大學供圖 針對上述問題，該團隊通過構(gòu)筑局部高濃電解液，將鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)從溶劑主導轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子主導，促進陰離子分解，從而在鋰金屬負極表面構(gòu)建了富含LiF等無機組分的SEI界面。電化學性能測試、理論模擬計算、界面表征以及原位光學觀察的結(jié)果共同證明，富含LiF等無機組分的SEI能夠有效促進Li+在SEI中的擴散并加速其去溶劑化過程，從而提升鋰金屬負極的動力學性能，并顯著抑制低溫下的鋰枝晶生長。因此，使用該電解液組裝的5.8Ah軟包電池能夠在-40℃到60℃的寬溫度范圍內(nèi)運行，實現(xiàn)25℃時503.3Wh kg-1的高能量密度和260次循環(huán)的優(yōu)異壽命，以及-40℃時339 Wh kg-1的超高放電能量密度。 相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1002/anie.202503693 |
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