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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)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(zhǎng)的能量需求。近日，西安交通大學(xué)化工學(xué)院教授唐偉聯(lián)合東南大學(xué)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(guó)卡爾斯魯厄理工學(xué)院教授Stefano Passerini（斯特凡諾·帕塞里尼）組成的國(guó)際化創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)基于對(duì)SEI化學(xué)的調(diào)控，設(shè)計(jì)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(guó)際期刊《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上。 該研究成果展示了理解SEI化學(xué)的重要性，為寬溫域電解液的設(shè)計(jì)提供了有效的策略，對(duì)推動(dòng)寬溫域鋰金屬電池的技術(shù)突破和商業(yè)化進(jìn)程具有重要指導(dǎo)意義。 鋰金屬電池（LMBs）因其高比容量的鋰金屬負(fù)極（3860mAh g-1）被視為實(shí)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(zhǎng)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(dòng)力學(xué)緩慢，導(dǎo)致鋰枝晶生長(zhǎng)和放電能量密度低（-40℃時(shí)低于300 Wh kg-1）。因此，基于SEI化學(xué)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(duì)于拓寬高能量密度鋰金屬電池應(yīng)用場(chǎng)景具有重要意義與價(jià)值。 陰離子衍生SEI的SEI化學(xué)組成示意圖。 西安交通大學(xué)供圖 針對(duì)上述問題，該團(tuán)隊(duì)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(dǎo)轉(zhuǎn)變?yōu)殛庪x子主導(dǎo)，促進(jìn)陰離子分解，從而在鋰金屬負(fù)極表面構(gòu)建了富含LiF等無機(jī)組分的SEI界面。電化學(xué)性能測(cè)試、理論模擬計(jì)算、界面表征以及原位光學(xué)觀察的結(jié)果共同證明，富含LiF等無機(jī)組分的SEI能夠有效促進(jìn)Li+在SEI中的擴(kuò)散并加速其去溶劑化過程，從而提升鋰金屬負(fù)極的動(dòng)力學(xué)性能，并顯著抑制低溫下的鋰枝晶生長(zhǎng)。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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)25℃時(shí)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(shí)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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