李宝华团队发文报道双阴离子聚集的溶剂化结构稳定高电压锂金属电池

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锂金属电池是下一代高能量密度二次电池的优秀“候选人”。然而，它的发展正面临着锂沉积/溶解可逆性差、电解质消耗等问题的阻碍。目前，通过优选功能添加剂、溶剂和锂盐的方式是最方便和有效的解决方案，因为电解液体系溶剂化结构可以调节电极/电解液的界面形成以提升电池性能。
        近日，清华大学深圳国际研究生院材料研究院李宝华教授团队发文报道了一种由酯和醚共溶剂（氟乙烯碳酸酯/二甲氧基乙烷，FEC/DME）复合的常规浓度LiPF6和LiNO3双盐电解液体系，发现双阴离子（PF6−和NO3−）能够同时进入Li+溶剂化鞘层，以接触离子配对（CIP）和积聚（AGG）的形式存在，形成双阴离子聚集的溶剂化结构。
        机理研究表明，这种溶剂化构型改善了锂沉积/溶解过程的动力学，在锂金属负极上诱导产生了梯度异质结构的固态电解质界面膜（SEI），有助于提升锂沉积/溶解的可逆性；同时在高电压正极侧衍生出薄而致密的正极/电解质界面膜（CEI），阻止了高电压下电解液的分解作用（图1）。采用此电解液体系，对称电池在0.5 mA cm-2电流密度下可实现稳定的锂沉积/溶解循环450次，并且库仑效率高达~98.9%。Li∥LiNi0.85Co0.10Al0.05O2全电池在4.3 V电压下具有良好的容量保持率。该研究工作通过溶剂化结构调控界面，有助于对高电压锂金属电池的深入理解。

双阴离子聚集溶剂化结构衍生界面稳定高电压锂金属电池的示意图

         相关研究成果近期以“双阴离子聚集的溶剂化结构稳定高电压锂金属电池”（Hybrid Electrolyte with Dual-Anion-Aggregated Solvation Sheath for Stabilizing High-Voltage Lithium-Metal Batteries）为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）期刊上。本文第一作者为清华大学深圳国际研究生院博士后王贤树。本文共同通讯作者为清华大学深圳国际研究生院材料研究院李宝华教授和中国科学院深圳理工大学（筹）韩翠平助理教授。
        论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adma.202007945


        文章来源：清华大学
        李宝华，清华大学深圳研究生院教授。主要研究方向包括新型炭材料，锂离子电池、锂硫电池、锂空气电池、电化学电容器和燃料电池等领域纳米能源材料的物理化学性能及其相关器件系统集成与应用技术。现为广东省“能源与环境材料”创新团队核心成员，“先进电池与材料省部产学研创新联盟”秘书长。共申请中国发明专利80多项、PCT专利2项、美国专利1项、日本专利1项，已获授权40多项。在Energy & Environmental Science, Advanced Materials, Advanced Energy Materials, Angewandte Chemie-international Edition， Nano Letters, Nano Energy, Journal of Materials Chemistry, Carbon, Journal of Power Sources, Journal of Physical Chemistry C,等国内外SCI源期刊上接受和发表论文170余篇，其中7篇ESI高被引用论文，SCI引用近3200多次。所负责实验室承担包括国家重大研究计划、自然科学基金重点项目、深圳市发改委“新能源学科建设”等多项重大项目，实验室拥有国际一流的材料制备、物理和电化学分析仪器设备，主要包括FEI Tecnai G2 F30高分辨透射电镜，S8010高分辨率扫描电镜，X射线光电子能谱仪，原位X射线衍射仪，HORIBA LabRAM HR800原位激光拉曼光谱仪，原子力显微镜（AFM），综合热分析仪(TD-DSC)，大电流超级电容测试仪，大电流电池综合性能测试系统，激光粒度仪，纳米粒度及Zeta电位分析仪，比表面物理和化学吸附仪等大型分析仪器。