【儀表網 研發快訊】隨著電動汽車和儲能系統的迅猛發展，現有的鋰離子電池已難以滿足日益增長的能量密度和安全性要求。鋰金屬陽極具有3860 mAh g-1的理論比容量，搭配高電壓正極時，能夠實現超過500 Wh kg−1 的電池體系。然而，目前市場上應用于鋰金屬電池的有機溶劑類電解液存在易燃、易爆的安全隱患，尤其在電池發生短路或過充時，液態電解液可能引發熱失控，導致火災或爆炸，嚴重制約了鋰金屬電池的進一步發展，提高特種設備電池的安全性和循環壽命成為亟待解決的關鍵問題。
為應對這一挑戰，西安交通大學電信學部電子學院徐友龍教授團隊設計了一種不可燃的聚合物基深共晶電解質 (PDEE)。該電解質將本征不可燃的N-甲基乙酰胺 (NMA) 基深共晶電解液通過原位聚合封裝在聚合物框架內。NMA和硝酸鋰(LiNO3)中極性基團之間強大的 Li+-溶劑相互作用顯著提高了LiNO3的溶解度，通過調節LiNO3的含量來控制鋰沉積主體的內部亥姆霍茲平面，以實現快速的LiNO3電離動力學，確保鋰沉積均勻和SEI中Li+的高交換率，構建出有利于提高電池循環壽命的固體電解質相界面。這種新型電解質表現出優異的電化學性能，在25°C時離子電導率為 2.5 mS cm-1以及0.61的鋰離子遷移數。實現了LFP||PDEE-2||Li固體電池在 1 C 時1000次穩定循環，容量保持率為80.4%。這一成果為共晶溶劑基聚合物電解質的最佳性能之一，標志著鋰金屬電池向更高效、更安全的方向邁出了重要一步。
圖1 通過設計調控共晶電解質形成穩定的固體電解質界面的示意圖
圖2 固態LFP||PDEE-2||Li電池的循環性能
近日該研究成果以“溶劑化調控實現非易燃聚合物深共晶電解質及增強的無機富集界面用于長循環鋰金屬電池”(Solvation Regulation of Non-Flammable Polymer Deep Eutectic Electrolytes with Reinforced Inorganic-Rich Interphase toward Long-Cycle Lithium Metal Batteries)為題發表在國際材料領域著名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。西安交通大學電信學部電子學院楊浦博士為論文第一作者，徐友龍教授為論文唯一通訊作者，西安交通大學為論文唯一通訊單位。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃的資助。論文的表征及測試得到了西安交通大學分析測試共享中心、西安交通大學國家儲能技術產教融合創新平臺的支持。
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