西安交大科研人员在高安全性锂金属固体电池研究领域取得重要进展

　　随着电动汽车和储能系统的迅猛发展，现有的锂离子电池已难以满足日益增长的能量密度和安全性要求。锂金属阳极具有3860 mAh g-1的理论比容量，搭配高电压正极时，能够实现超过500 Wh kg−1 的电池体系。然而，目前市场上应用于锂金属电池的有机溶剂类电解液存在易燃、易爆的安全隐患，尤其在电池发生短路或过充时，液态电解液可能引发热失控，导致火灾或爆炸，严重制约了锂金属电池的进一步发展，提高特种设备电池的安全性和循环寿命成为亟待解决的关键问题。
 

　　为应对这一挑战，西安交通大学电信学部电子学院徐友龙教授团队设计了一种不可燃的聚合物基深共晶电解质 (PDEE)。该电解质将本征不可燃的N-甲基乙酰胺 (NMA) 基深共晶电解液通过原位聚合封装在聚合物框架内。NMA和硝酸锂(LiNO3)中极性基团之间强大的 Li+-溶剂相互作用显著提高了LiNO3的溶解度，通过调节LiNO3的含量来控制锂沉积主体的内部亥姆霍兹平面，以实现快速的LiNO3电离动力学，确保锂沉积均匀和SEI中Li+的高交换率，构建出有利于提高电池循环寿命的固体电解质相界面。这种新型电解质表现出优异的电化学性能，在25°C时离子电导率为 2.5 mS cm-1以及0.61的锂离子迁移数。实现了LFP||PDEE-2||Li固体电池在 1 C 时1000次稳定循环，容量保持率为80.4%。这一成果为共晶溶剂基聚合物电解质的最佳性能之一，标志着锂金属电池向更高效、更安全的方向迈出了重要一步。
 

图1 通过设计调控共晶电解质形成稳定的固体电解质界面的示意图
 

图2 固态LFP||PDEE-2||Li电池的循环性能
 

　　近日该研究成果以“溶剂化调控实现非易燃聚合物深共晶电解质及增强的无机富集界面用于长循环锂金属电池”(Solvation Regulation of Non-Flammable Polymer Deep Eutectic Electrolytes with Reinforced Inorganic-Rich Interphase toward Long-Cycle Lithium Metal Batteries)为题发表在国际材料领域著名期刊《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。西安交通大学电信学部电子学院杨浦博士为论文第一作者，徐友龙教授为论文唯一通讯作者，西安交通大学为论文唯一通讯单位。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划的资助。论文的表征及测试得到了西安交通大学分析测试共享中心、西安交通大学国家储能技术产教融合创新平台的支持。