隨著電動汽車和移動電子設(shè)備的蓬勃發(fā)展，對提供動力動力的鋰離子電池的能量密度提出了更高的要求。根據(jù)刺進式原理的鋰離子電池的能量密度已接近其上限能量密度，提升空間很小。相比較而言，以鋰為負極的鋰金屬電池在提升能量密度方面有著無與倫比的優(yōu)勢。但是，根據(jù)傳統(tǒng)液態(tài)電解液的鋰金屬電池存在SEI重復(fù)決裂和生成、鋰負極體積脹大、鋰枝晶生長、死晶等導(dǎo)致的庫侖功率低、電池阻抗增加和安全性問題等諸多挑戰(zhàn)，所有這些約束了高性能鋰金屬電池的快速發(fā)展。

近日，依托中國科學(xué)院青島生物動力與過程研討所建設(shè)的青島儲能工業(yè)技能研討院（以下簡稱“青島儲能院”）為處理鋰金屬電池存在的上述關(guān)鍵瓶頸問題，以聚合物電解質(zhì)作為核心突破點，從三個方面系統(tǒng)探究處理方案：（一）大陰離子鋰鹽對鋰負極的維護；（二）構(gòu)建人工有機/無機復(fù)合界面膜（SEI）；（三）統(tǒng)籌耐高電壓和鋰負極維護的多功能聚合物電解質(zhì)的開發(fā)，系列創(chuàng)新性研討工作關(guān)于促進高性能鋰金屬電池的發(fā)展起到了嚴(yán)重的推進和引領(lǐng)效果。

為從鋰鹽視點處理鋰枝晶問題，青島儲能院的研討人員規(guī)劃并合成了一種新式具有大陰離子結(jié)構(gòu)的全氟叔丁氧基三氟硼酸鋰（LiTFPFB），該新式鋰鹽保留了LiBF4陰離子的主體結(jié)構(gòu)，一方面能夠進步其對鋁集流體的安穩(wěn)性；另一方面大陰離子的存在能夠原位形成鋰負極維護膜從而提升鋰金屬電池的電化學(xué)性能。研討發(fā)現(xiàn)：該鋰鹽的離子電導(dǎo)率明顯高于LiBF4，且對鋁集流體有較好的安穩(wěn)性，能夠在鋰金屬負極形成一層維護膜來有用按捺鋰金屬與電解液的進一步反應(yīng)，從而有用維護鋰負極。相關(guān)成果作為Backcover文章發(fā)表在世界雜志Chem.Sci.上（Chem.Sci.,2018,9,3451-3458）。

鑒于金屬鋰作為負極使用時存在著SEI不安穩(wěn)、副反應(yīng)嚴(yán)重從而導(dǎo)致庫倫功率低、循環(huán)壽命短等不利因素，研討人員從聚合物界面修飾視點動身，規(guī)劃出人工SEI膜來有用維護金屬鋰負極（圖1a），該SEI膜由聚氰基丙烯酸酯和分散其間的氧化鋰衍生物組成（Chem.Mater.,2017,29,4682-4689）。研討發(fā)現(xiàn)：該有機/無機層的協(xié)同效果使得界面處在快速傳導(dǎo)鋰離子的同時，又能保證SEI不易脫落，同時也明顯按捺了發(fā)生在界面區(qū)域的副反應(yīng)（Chem.Mater.,2016,28,3578-3606），從而賦予金屬鋰電池優(yōu)異的界面安穩(wěn)性和長循環(huán)安穩(wěn)性（Chem.Mater.,2018,30,4039-4047）。

為處理高電壓（4.45V）鈷酸鋰/鋰金屬電池存在的正極固態(tài)電解質(zhì)界面（CEI）不安穩(wěn)，在高電位下界面處容易發(fā)生電化學(xué)氧化副反應(yīng)，以及大電流大容量時鋰負極存在的鋰枝晶等問題，青島儲能院在“剛?cè)岵本酆衔镫娊赓|(zhì)規(guī)劃理念的指引下（Small,2018.DOI:10.1002/smll.201800821;Adv.Sci.,2018,5,700503），以細菌纖維素作為剛性骨架支撐資料，制備出聚乙烯基甲醚-馬來酸酐多功能聚合物電解質(zhì)（Energ.Environ.Sci.,2018,11:1197-1203）。試驗結(jié)果表明：該聚合物電解質(zhì)能夠兼具安穩(wěn)正極界面和維護鋰負極的多功能效果，從而協(xié)同提升了4.45V鈷酸鋰/鋰金屬電池的長循環(huán)安穩(wěn)性。與此同時，該文具體闡明了聚乙烯基甲醚-馬來酸酐聚合物電解質(zhì)的多功能效果機制（圖1b）。由于在高電壓鈷酸鋰/鋰金屬電池方面的系列工作，研討人員應(yīng)邀為Chem.Soc.Rev撰寫題為Revivinglithiumcobaltoxide-basedlithiumsecondarybatteries-towardhigherenergydensity的綜述（Chem.Soc.Rev.,2018,DOI:10.1039/C8CS00322J），具體論說了高能量密度鈷酸鋰電池的相關(guān)研討進展、面臨挑戰(zhàn)以及未來機遇和發(fā)展方向。

相關(guān)系列研討獲得了國家自然科學(xué)基金杰出青年科學(xué)基金、國家重點研發(fā)方案、中科院納米先導(dǎo)專項、山東省自然科學(xué)基金、青島市儲能行業(yè)科學(xué)研討智庫聯(lián)合基金和青島動力所“一三五”項目等的大力資助。