鋰金屬負(fù)極因其高的理論比容量(3860 mA h g-1)、低的電化學(xué)電位(-3.04 V vs. 標(biāo)準(zhǔn)氫電極)和低的密度(0.59 g cm-3)，備受青睞，成為新一代頗具前景的高能量密度負(fù)極材料。實(shí)際應(yīng)用中，它們?nèi)源嬖谏形唇鉀Q的問題：商業(yè)有機(jī)電解液在鋰金屬表面形成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)中間相(SEI)，以及鋰枝晶和死鋰的生成，會(huì)持續(xù)消耗電解液，導(dǎo)致電池性能下降;持續(xù)生長的鋰枝晶會(huì)刺穿隔膜，導(dǎo)致電池發(fā)生內(nèi)短路從而引起熱失控，同時(shí)傳統(tǒng)碳酸酯類有機(jī)電解液極易參與燃燒反應(yīng)，造成嚴(yán)重的安全隱患。
為解決上述問題，中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所吳曉東團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)出一種基于不燃的離子液體和低粘度的氫氟醚稀釋劑的局部高濃度電解液，可以改善離子液體本身存在的粘度高、隔膜浸潤性差、離子電導(dǎo)率低、成本高的缺點(diǎn);并可以保證電解液本身的阻燃性和高的電化學(xué)窗口，提高電池的安全性能。該工作通過研究和調(diào)控鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)，使得鋰離子溶劑化層中主要由FSI-陰離子構(gòu)成，有利于促進(jìn)陰離子在鋰金屬負(fù)極表面優(yōu)先分解形成穩(wěn)定的無機(jī)SEI層，從而獲得均勻致密的鋰沉積形貌。采用該類電解液的鋰金屬電池表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率和長循環(huán)性能。
相關(guān)研究成果以Intrinsically Nonflammable Ionic Liquid-Based Localized Highly Concentrated Electrolytes Enable High-Performance Li-Metal Batteries為題，發(fā)表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.202003752)上。蘇州納米所2020級(jí)博士生王志誠為論文第一作者，蘇州納米所研究員吳曉東、副研究員許晶晶，以及蘇州大學(xué)副教授胡建臣為論文通訊作者。
圖1.局部高濃度離子液體基電解液物理化學(xué)性質(zhì)及鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)分析
圖2.不同電解液中鋰金屬沉積形貌及鋰金屬電池電化學(xué)性能對(duì)比
