【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】在儲能設(shè)備日益復(fù)雜的應(yīng)用場景和全球頻繁發(fā)生的極端高溫氣候條件下，使用有機液體電解液的鋰金屬電池在高溫場景下(>60℃)極易發(fā)生失效，包括副反應(yīng)加劇、電極-電解質(zhì)界面層破裂、正極材料損壞等，且低沸點有機溶劑的揮發(fā)性和易燃性嚴(yán)重增加了安全風(fēng)險，因此亟需為鋰電池量身定制先進(jìn)的高溫電解質(zhì)。
 

　　清華大學(xué)化工系副教授劉凱和副研究員陳翔合作，報道了一種具有高固有熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性的無溶劑熔融鹽電解質(zhì)，由堿金屬陽離子和氟化磺酰亞胺陰離子組成，表現(xiàn)出優(yōu)異的鋰離子傳輸動力學(xué)，包括低活化能、高鋰離子電導(dǎo)率和高遷移數(shù)，揭示了強的陽離子-陽離子(Li+-Cs+)協(xié)同效應(yīng)促進(jìn)了鋰離子在熔融鹽電解質(zhì)中的擴(kuò)散行為，可滿足高溫鋰金屬的應(yīng)用需求。
 

　　圖1.一種用于高溫鋰金屬電池的無溶劑熔融鹽電解質(zhì)，具有增強的Li+傳輸動力學(xué)。陽離子協(xié)同效應(yīng)和富含無機的固態(tài)電解質(zhì)界面賦予了其快充性能和長期循環(huán)穩(wěn)定性。

 

圖2.使用熔鹽電解質(zhì)的鋰金屬電池的電化學(xué)性能
 

　　在80℃高溫條件下，應(yīng)用該熔融鹽電解質(zhì)的鋰-銅(Li-Cu)電池在500圈內(nèi)實現(xiàn)了98.8%的庫侖效率，鋰金屬半電池在10℃下仍能釋放出超過100 mAh g−1的容量，鋰金屬全電池循環(huán)280圈后，容量保持率75%，該工作為下一代高溫電池的先進(jìn)電解質(zhì)設(shè)計提供了新的見解。
 

　　相關(guān)研究成果以“鋰金屬電池的具有高固有熱穩(wěn)定性和電化學(xué)穩(wěn)定性的無溶劑熔融鹽電解質(zhì)”(Molten salt electrolytes with enhanced Li+-transport kinetics for fast-cycling of high-temperature lithium metal batteries)為題，于1月7日發(fā)表于《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science)。
 

　　清華大學(xué)化工系2020級博士生閆帥帥、姚楠為論文第一作者。劉凱和陳翔為論文通訊作者，合作者還包括化工系教授張強等。研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等的支持。