澳门金沙娱乐城官网-金沙官网

近日，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦課題組在國(guó)際材料領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Matter》（影響因子19.967）發(fā)表了題為《Achieving high-energy and high-safety lithium metal batteries with high-voltage-stable solid electrolytes》的綜述文章，文章全面綜述了固態(tài)金屬鋰電池中高壓固態(tài)電解質(zhì)的測(cè)試方法、科學(xué)挑戰(zhàn)與設(shè)計(jì)策略（圖1）。本文的通訊作者為清華大學(xué)趙辰孜助理研究員、孫碩博士和北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院黃佳琦教授，第一作者為北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院碩士研究生王子游。

在追求下一代高能量密度儲(chǔ)能系統(tǒng)的過(guò)程中，鋰金屬負(fù)極匹配高壓正極體系引起了工業(yè)界和學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。但是由于商用有機(jī)電解質(zhì)具有揮發(fā)性和易燃性的特征，高壓高能量密度情況下可能引發(fā)一系列安全問(wèn)題。而固態(tài)電解質(zhì)具有良好的熱穩(wěn)定性，有助于大幅提升電池安全性。因此，高壓穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)是下一代鋰電池的核心能源材料。針對(duì)高壓穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)的當(dāng)前探索和未來(lái)前景，本篇文章對(duì)對(duì)高壓固態(tài)電解質(zhì)最新進(jìn)展、基本機(jī)理、科學(xué)挑戰(zhàn)進(jìn)行的全面深入的綜述，特別關(guān)注了固態(tài)鋰金屬電池中高壓本征和非本征穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)的不同設(shè)計(jì)原則和新見(jiàn)解，旨在實(shí)現(xiàn)下一代高能量密度固態(tài)鋰金屬電池的商業(yè)化。

圖1. 高壓穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)的設(shè)計(jì)策略圖

對(duì)于無(wú)機(jī)固態(tài)電解質(zhì)，其高壓穩(wěn)定性在很大程度上取決于陰離子框架的電負(fù)性。其中基于氟化物、氯化物和氧化物框架的無(wú)機(jī)電解質(zhì)可以穩(wěn)定匹配大多數(shù)高壓正極。對(duì)于聚合物體系，具有吸電子基團(tuán)的聚合物基質(zhì)通常表現(xiàn)出更高的穩(wěn)定性。鋰鹽的種類和濃度也會(huì)影響聚合物電解質(zhì)的高壓穩(wěn)定性，含B/F鹽與高鹽策略具有提升電解質(zhì)高壓穩(wěn)定性的潛力。

對(duì)于本身高壓不穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)，通過(guò)設(shè)計(jì)界面鈍化層、構(gòu)建復(fù)合電解質(zhì)和使用不對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以提高高壓相容性的策略，實(shí)現(xiàn)非本征高壓穩(wěn)定：

1）界面鈍化層設(shè)計(jì)可以產(chǎn)生具有高離子電導(dǎo)率和低電子電導(dǎo)率的理想界面相，從動(dòng)力學(xué)上抑制電化學(xué)分解，有助于電池在高電壓下穩(wěn)定運(yùn)行；

2）構(gòu)建復(fù)合電解質(zhì)調(diào)節(jié)局部分子間相互作用，從而延緩固態(tài)電解質(zhì)高壓分解；

3）非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的雙層/多層電解質(zhì)設(shè)計(jì)可以結(jié)合不同固態(tài)電解質(zhì)的優(yōu)點(diǎn)。具有高機(jī)械模量和離子導(dǎo)率的陶瓷/聚合物不對(duì)稱電解質(zhì)是最實(shí)用的選擇之一。

此外，文章針對(duì)高壓穩(wěn)定的基礎(chǔ)概念進(jìn)行了討論。還對(duì)常用高壓穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)測(cè)試方法進(jìn)行了概述，為更準(zhǔn)確、更規(guī)范評(píng)估高壓穩(wěn)定固態(tài)電解質(zhì)提出了見(jiàn)解。

圖2. 固態(tài)電解質(zhì)發(fā)展時(shí)間線

本文對(duì)固態(tài)鋰金屬電池中固態(tài)電解質(zhì)的發(fā)展脈絡(luò)進(jìn)行了梳理，固態(tài)電解質(zhì)經(jīng)歷了從初期的驗(yàn)證，到進(jìn)一步提升離子導(dǎo)率，再到目前對(duì)高能量密度體系和耐高壓電解質(zhì)的追求的階段（圖2）。文章全面討論了高壓穩(wěn)定固體電解質(zhì)和固態(tài)鋰金屬電池現(xiàn)有挑戰(zhàn)和前景，旨在指導(dǎo)未來(lái)高比能、高安全性的固態(tài)鋰金屬電池的開(kāi)發(fā)。

論文詳情：Zi-You Wang, Chen-Zi Zhao*, Shuo Sun*, Yu-Kun Liu, Zi-Xuan Wang, Shuai Li, Rui Zhang, Hong Yuan, Jia-Qi Huang*. Achieving high-energy and high-safety lithium metal batteries with high-voltage-stable solid electrolytes, Matter, 2023, DOI: 10.1016/j.matt.2023.02.012.

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.matt.2023.02.012

附作者簡(jiǎn)介：

趙辰孜，清華大學(xué)化學(xué)工程系助理研究員，2020年和2015年分別在清華大學(xué)化學(xué)工程系、清華大學(xué)材料學(xué)院獲得博士、學(xué)士學(xué)位。主要從事高能量密度、高安全性下一代電池及儲(chǔ)能材料研究，聚焦于固態(tài)鋰電池，從復(fù)合鋰負(fù)極設(shè)計(jì)、電解質(zhì)界面調(diào)控和軟包電池工程試制方面開(kāi)展研究。以（共同）第一、通訊作者身份在Sci. Adv.、PNAS、Joule等期刊發(fā)表多篇論文，擔(dān)任Nature、Joule等期刊獨(dú)立審稿人，擔(dān)任《中國(guó)化學(xué)快報(bào)》青年編委，2021年入選中國(guó)科協(xié)青年人才托舉計(jì)劃，2021-2022年連續(xù)入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家。

孫碩，清華大學(xué)助理研究員，2021年獲得南京理工大學(xué)博士學(xué)位，同時(shí)入選“博新計(jì)劃”和清華大學(xué)“水木學(xué)者”，于2021年6月進(jìn)入清華大學(xué)張強(qiáng)教授課題組從事能源材料化學(xué)領(lǐng)域研究，主要開(kāi)展基于高壓正極的高能量密度全固態(tài)鋰電池的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用研究，目前在Sci. Adv., Adv. Mater.等發(fā)表SCI收錄論文30余篇，授權(quán)發(fā)明專利20余項(xiàng)。

黃佳琦，北京理工大學(xué)前沿交叉科學(xué)研究院教授，博士生導(dǎo)師，九三學(xué)社社員。主要開(kāi)展高比能電池能源化學(xué)研究。發(fā)表SCI論文200余篇，其中70余篇為ESI高被引論文，H因子101。擔(dān)任中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)理事，中國(guó)化學(xué)會(huì)能源化學(xué)專委會(huì)委員，J. Energy Chem., InfoMat, Chin. Chem. Lett., Energy Mater. Adv.等刊編委。曾獲評(píng)2022中國(guó)青年科技獎(jiǎng)特別獎(jiǎng)，2022中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)自然科學(xué)一等獎(jiǎng)，2018年中國(guó)顆粒學(xué)會(huì)青年顆粒學(xué)獎(jiǎng)，2016年中國(guó)化工學(xué)會(huì)侯德榜化工科技青年獎(jiǎng)等。2018-2022年連續(xù)入選科睿唯安全球高被引科學(xué)家。