王治宇、邱介山：高能量、高安全性无金属锂准固态二次电池

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发展高能量、高安全性的电能存储技术与是当今世界发展低碳经济、改善生态环境、缓解能源危机的重大战略需求。锂离子电池是综合性能最好的储能与动力电池体系之一，但传统嵌锂金属氧化物正极不仅极大限制电池能量密度，其晶格释氧反应造成的电池胀气、热失控等问题跟显著制约了电池的寿命与可靠性。高比容量金属锂负极的应用可将锂二次电池的能量密度提升数倍以上，但金属锂枝晶生长等难题也使其实际应用遥遥无期。

图1. 基于硫化锂正极、硅负极与聚合物凝胶电解质的准固态锂二次电池在（a）内、外部短路、（b）过热、（c）剪切后空气静置、（d）穿刺、（e）剪切暴露空气、（f）剪切浸水等滥用条件下的安全性评估

图2.导电吸附-催化双功能活性位点对锂硫可逆氧化还原反应促进机制的原位表征

        针对现有二次电池体系的瓶颈难题，大连理工大学精细化工国家重点实验室王治宇教授、邱介山教授基于凝胶电解质中硫化锂正极与硅负极之间本质安全的多电子氧化还原反应，在实现高能量密度（506-802 Wh kg-1）的同时，从原理上根除高活性金属锂负极或释氧正极对电池寿命与安全性的影响，发展了一类兼具高能量和高可靠性的无金属锂准固态锂二次电池新体系。构建的软包电池对过热、内/外部短路、机械穿刺/切割及水/氧破损等滥用条件均具有良好抗性，且自放电率低，在-20至60 oC宽温区内可正常工作。联用原位紫外光谱、原位X射线衍射及原位电化学阻抗谱的机理研究揭示此类电池遵循多硫化物介导机制，可以通过在碳载体限域空间内原位构建导电吸附-催化双功能活性位点以消除多硫化物中间体从吸附位向催化活性位的多余扩散步骤，从而提升电池在凝胶电解质中的反应效率。此项工作为弥补二次电池安全性与能量密度之间的鸿沟，发展高可靠性、高环境适应性的新型电池提供了新的思路，在载人交通工具、空间技术、植入医疗等对储能技术安全性、可靠性需求突出的领域极具应用前景。
        上述工作近期发表在能源与环境科学国际旗舰期刊Energy & Environmental Science Edi.tion（DOI: 10.1039/D0EE03037F），论文第一作者为大连理工大学博士生孟祥玉。工作得到了国家自然科学基金会、辽宁省科技厅、大连市科技局、大连理工大学的共同资助支持。


        文章来源：大连理工大学
         邱介山, 化工学院教授、博士生导师，国家杰出青年基金获得者、教育部长江学者特聘教授、国务院政府津贴专家、国家“有突出贡献中青年专家”及国家“百千万人才工程”人选、全国化工优秀科技工作者、全国百篇优秀博士论文指导教师。主要从事材料化工、能源化工等方面的研究。承担完成或正在实施各类课题60余项，包括国家自然科学基金杰出青年基金项目、3项国家自然科学基金重点课题等。研究工作获德国拜尔公司、瑞士加铝公司、日本三菱公司、香港中华煤气公司等国际著名企业资助。
        王治宇，教授，博士生导师，大连理工大学化工学院副院长，辽宁省微纳米技术及系统重点实验室纳米材料与器件研究室副主任。国家自然科学基金优秀青年基金获得者、德国洪堡学者、大连理工大学“星海杰青”。主要从事纳米新能源材料的基础与应用研究工作（锂二次电池、电化学催化等）。在Nature Communications、Journal of the American Chemical Society、Advanced Materials、Energy Environmental Science等国际知名学术期刊发表论文60余篇，论文SCI他引59900余次，出版专著1部，H-index: 37。承担国家自然科学基金优秀青年基金、中组部青年##计划专项资金、国家自然科学基金面上项目、霍英东青年教师基金等课题项目。任英国Nature出版集团刊物Scientific Reports编委、国际电化学能源科学院(IAOEES)青年理事、中国颗粒学会青年理事、全国石油和化工行业重质油碳质化高附加值利用重点实验室学术委员等学术兼职。