清华大学化工系张强

xiandao

金属锂有极高的理论比容量与最低的电极电势（相对标准氢电极），是未来高比能电池负极的必然选择。然而，锂离子在从电解质沉积至负极的过程中，不均匀沉积形成的树枝状或苔藓状枝晶，不仅降低了电池充放电过程中的库伦效率，还存在安全隐患，大大限制了金属锂电池的实际应用。

有鉴于此，清华大学张强课题组借鉴化工分离设备中引入填料实现流体的再分布的思想，提出使用具有三维离子通道的固态电解质作为电池中离子再分布器，促进金属锂均匀沉积。

具体来讲，该研究团队提出再分布器的概念，将其引入金属锂电池中，利用具有三维离子通道的铝掺杂 Li6.75La3Zr1.75Ta0.25O12(LLZTO)构筑超薄离子再分布器，将由于多孔隔膜等诸多因素导致的非均匀的锂离子分布均匀化，实现锂离子的均匀无枝晶沉积，提高电池循环效率与耐久性。同时，LLZTO离子导率高，固态快离子导体的引入有助于降低有机液态电解液用量，进一步提高电池能量密度，增强电池安全性。

本工作借鉴化工分离设备中填料再分布流体的特征，使用具有三维离子通道的固态电解质构筑离子再分布器。采用三维快离子导体LLZTO构筑再分布器引导锂离子分布，促进锂离子均匀传输。在此离子再分布器诱导下，金属锂电池中金属锂负极沉积。

通过进一步优化锂离子再分布器种类、厚度、结构，有望进一步提升金属锂负极性能。此外，离子再分布器的思路可进一步拓展，用于多种金属电池，例如钠电池、锌空气电池、铝金属电池等。

参考文献：

Zhao CZ, Chen PY, Zhang R, Chen X, Li BQ, Zhang XQ, Cheng XB and Zhang Q. An ion redistributor for dendrite-free lithium metal anodes [J]. Science Advances, 2018, 4, eaat3446. DOI:10.1126/sciadv.aat3446

http://advances.sciencemag.org/content/4/11/eaat3446.full