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鋰電池高安全性電解液研究獲重要進(jìn)展
王青松教授團隊研究發(fā)現利用分子間氫鍵的相互作用可以顯著(zhù)改善醚基電解液在電極界面的穩定性,并可有效抑制鋰金屬電池熱失控過(guò)程。

  記者3月22日獲悉,中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院任曉迪教授團隊聯(lián)合火災科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗室王青松教授團隊,研究發(fā)現利用分子間氫鍵的相互作用可以顯著(zhù)改善醚基電解液在電極界面的穩定性,并可有效抑制鋰金屬電池熱失控過(guò)程。相關(guān)成果日前發(fā)表在《自然·通訊》上。

  鋰金屬電池具有超高的能量密度,被視為下一代電池技術(shù)的有力競爭者。但它在電解液穩定性和安全性方面還面臨著(zhù)不小的挑戰。傳統的碳酸酯類(lèi)電解液雖然在鋰離子電池中得到廣泛應用,卻難以兼容活潑的鋰金屬負極。提高電解液濃度雖然可以在一定程度上改善醚的電化學(xué)穩定性,卻帶來(lái)了成本增加、低溫性能衰減等問(wèn)題。更為棘手的是,大量陰離子的存在會(huì )引發(fā)熱失控等安全問(wèn)題。

  針對上述難題,研究人員提出一種全新的分子錨定策略,有望同時(shí)解決醚基電解液的高壓和安全難題。他們在乙二醇二甲醚中加入含強極性碳—氫基團的氟代醚溶劑,發(fā)現兩者可以通過(guò)分子間的“錨定”作用,有效降低醚鍵上氧原子的電子云密度,大幅提高溶劑的抗氧化能力。

  基于分子錨定概念設計的電解液,展現出優(yōu)異的高壓性能。為了揭示其機制原理,研究人員開(kāi)展了系統的表界面分析。結果表明,在分子錨定電解液中,溶劑分子之間通過(guò)氫鍵形成穩定復合物,有利于提升電解液的熱力學(xué)穩定性。此外,由于減少了活潑陰離子的使用,分子錨定電解液在高電壓正極表面誘導形成的界面膜也更薄更穩定。

  研究人員進(jìn)一步考察了電解液的安全性能。在鋰金屬軟包電池中,當溫度升高到140攝氏度左右時(shí),高濃電解液與鋰金屬劇烈反應并放出大量熱量,而分子錨定電解液與鋰的相容性得到大幅提升。分子錨定電解液可以將熱失控開(kāi)始的溫度提高到209攝氏度以上。

  研究人員表示,設計合理的分子間相互作用可以從根本上改變電解液的性能,為未來(lái)電池電解液的分子工程提供新的方向。

 ?。ㄓ浾邊情L(cháng)鋒)

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