中山大学在高能量锂金属电池领域取得重要突破

原标题:中山大学在高能锂金属电池领域取得重要突破。

将高镍三元正极材料与锂金属负极匹配，可以大大提高二次锂电池的能量密度，是国内外的研究热点。而高镍三元正极和锂金属负极与碳酸盐电解质的化学/电化学稳定性差，导致不可逆相变和界面传质动力学慢，导致电池循环稳定性差。同时，锂金属阳极容易产生枝晶，可能导致电池短路、易燃、爆炸。通过原子层沉积、磁控溅射和水热法在阳极表面涂覆氧化铝可以隔离电极和电解液之间的接触。但许多方法普遍存在工艺复杂、均匀性差、成本高的问题，且难以对活性锂金属阳极进行有效改性。通过调整电解液的组成，可以在正负电极表面原位形成稳定的固体电解质膜，从而提高电池的循环稳定性和安全性。然而，目前报道的高浓度或部分高浓度电解质、全氟电解质、氟化醚基电解质、磺酰胺基电解质和磷酸盐基电解质难以商业化应用。因此，如何在商用碳酸盐电解质中实现高能量锂金属电池具有重要的科学意义和挑战性。

最近，中山大学的王成信教授创造性地将乙醇铝作为商用碳酸盐电解质的添加剂，与氟代碳酸乙烯酯聚合。利用协同效应，在正负电极表面同步原位构建了连续、致密、富含氧化铝的固体电解质层，减少了高镍三元正极的应力致开裂和相变，抑制了锂金属负极枝晶结构的形成(图1)。在使用少量改性电解液(AFE)的情况下，通过匹配室温下高负载的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极(21.5mg·cm-2)和薄金属锂负极(约40微米)，整个电池的放电比容量保持率为80.3%(电流密度60ma·g-1)(图2)，计算的能量密度约为100 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00 . 00另外，乙醇铝添加剂的添加量很少(0.4 wt .%)，几乎不增加商用碳酸盐电解质的成本。这一突破性的研究成果极大地推动了高安全性、高能量锂金属电池的商业化。

乙醇铝添加剂与氟代碳酸乙烯酯反应机理及电极表面固体电解质结构调控机理研究。

图2不同电解液对锂金属电池循环稳定性影响的研究

相关研究发表在国际知名学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)上，标题为“一种用于高能非水锂金属电池的双功能液体电解质添加剂”。研究生张玉吉为论文第一作者，教授及其团队雷副教授为论文合著者。中山大学材料科学与工程学院是唯一完成论文的单位。本研究工作得到了国家自然科学基金、广东省自然科学基金和中山大学基础科研业务费的大力支持。

来源:中山大学

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