新型电解质使锂金属电池更安全、稳定、快速充电
发布时间：2025-03-26 13:47:03 阅读数： 48
SEI 成分和结构表征。来源：Nature Energy (2025)。DOI：10.1038/s41560-025-01733-9
近年来，研究人员一直在努力开发越来越先进的电池技术，这些技术可以充电更快、储存更多能量，同时还能保持长期安全和稳定。锂金属电池 (LMB) 含有基于锂金属的阳极，被发现是锂离子电池 (LiB) 的有前途的替代品，而锂离子电池是目前使用最广泛的可充电电池。
LMB 的一个关键优势是它们可以存储比 LiB 多得多的能量，这对电动汽车和其他大型或先进电子设备来说可能是有利的。尽管它们潜力巨大，但迄今为止，这些电池的稳定性和安全性不如 LiB，而且充电速度也相对较慢；这些限制迄今为止阻碍了它们的广泛应用。
韩国科学技术院 (KAIST) 和其他机构的研究团队最近设计了基于对称有机盐的新型电解质，这有助于提高 LMB 的性能。他们在《自然能源》杂志上的一篇论文中介绍了他们新设计的电解质，发现它可以提高 LMB 的稳定性和充电速度，防止形成枝晶（锂沉积物，会导致电池性能随时间下降）。
“实现 LMB 需要一种兼具不可燃性和高电化学稳定性的电解质，”Akito Sakai、Yosuke Matsumoto 及其同事在论文中写道。“尽管目前的电解质技术已经提高了 LMB 的循环能力，但能够同时解决高倍率性能和安全性的合理电解质制造仍然是一个巨大的挑战。我们报告了一种电解质设计概念，以实现实用、安全和快速循环的 LMB。”
为了制作电解质，研究人员将一种名为 1,1-二乙基吡咯烷双（氟磺酰基）酰亚胺 (Pyr 2 (2)FSI) 的离子塑料晶体添加到不同的传统电池电解质中。研究人员发现，由此产生的对称有机盐可以改变锂离子与其他带电粒子之间的相互作用，最终使它们能够在电池内轻松移动。
Sakai、Matsumoto 及其同事写道： “我们通过将对称有机盐引入各种电解质溶剂中，创建了微型阴离子-Li +溶剂化结构。这些结构表现出高离子电导率、低脱溶剂屏障和界面稳定性。”
研究人员表示，他们的电解质降低了所谓的脱溶屏障。因此，它们使锂离子更容易到达电池的电极，这对电池的充电速度和整体寿命有积极影响。
此外，新电解质促使在锂金属阳极上形成一层稳定的保护层，称为固体电解质界面层 (SEI)。该保护层可防止不良化学反应和锂的积聚，而锂的积聚会导致电池性能随时间推移而下降。
研究团队在一系列测试中测试了他们的电解质，并将其引入 LMB，发现它们提高了电池的稳定性和循环速度。此外，这些电解质不易燃，抗过热能力强，比过去引入的许多其他电解质安全得多，这可能有助于它们未来的实际应用。
研究人员写道：“我们的电解质设计使实用的 LMB 能够稳定、快速地循环，具有高稳定性（LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2电池（锂过量两倍）：400 次循环）和高功率密度（软包电池：639.5 W kg −1）。此外，锂金属软包电池经受住了钉子刺穿，显示出其高安全性。我们的电解质设计为安全、快速循环的 LMB 提供了一种可行的方法。”
