【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，中山大學材料科學與工程學院雷丹妮教授、王成新教授團隊在鋰金屬電池領域取得重要進展，相關成果連續(xù)發(fā)表于《德國應用化學》和《國家科學評論》，為實現(xiàn)高安全性、長循環(huán)穩(wěn)定性的鋰金屬電池體系提供了新的理論框架和實用化技術路徑。
鋰金屬電池因能量密度高被視為下一代儲能技術的核心，但其商業(yè)化長期受困于電極界面副反應加劇及鋰枝晶生長失控等問題。研究團隊基于在鋁基納米材料領域的深厚積累(Science, 2017, 355, 267)(圖1)，創(chuàng)新性地利用乙醇鋁(Al(EtO)3)納米線的獨特配位活性，設計出分子結(jié)構(gòu)工程策略。通過Al(EtO)3與聚乙二醇二丙烯酸酯(poly-PEGDA)定向配位，成功構(gòu)建出連續(xù)穩(wěn)定的Al(EtO)3–poly-PEGDA界面結(jié)構(gòu)，不僅形成鋰離子遷移的快速通道，還將電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性提升至5 V以上。同時，鋰負極表面原位生成的鋁基固態(tài)電解質(zhì)膜兼具良好的機械強度和離子導電性，顯著抑制鋰枝晶生長。基于該技術的鋰金屬電池在4.5 V電壓下展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能(圖2)。相關成果于2025年5月2日發(fā)表于《德國應用化學》。
圖1 批量制備的Al(EtO)3納米線的光學照片和掃描電子顯微圖。
為了進一步提升鋰金屬電池的能量密度和安全性，團隊利用分子結(jié)構(gòu)工程策略，構(gòu)建三元復合電解液添加劑體系：通過Al(EtO)3與氟代碳酸乙烯酯和乙氧基五氟環(huán)三磷腈分子的協(xié)同配位，在電極表面原位聚合形成均勻的固態(tài)電解質(zhì)界面，同步緩解三元正極晶格應力并抑制負極枝晶，提升了鋰金屬電池在4.7 V電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性(圖3)。該突破性進展發(fā)表于2025年5月10日《國家科學評論》。
目前，研究團隊正在構(gòu)建多元協(xié)同添加劑數(shù)據(jù)庫及專利池。篩選降本增效配方，推動該技術體系在鋰離子電池、固態(tài)電池等領域的產(chǎn)業(yè)化應用。雷丹妮教授表示：“分子結(jié)構(gòu)工程策略已通過系統(tǒng)性驗證，下一步將通過深度產(chǎn)學研合作，加速實現(xiàn)從實驗室到市場的跨越。”
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