新型电解液让锂金属电池高能又长寿

核心摘要：南京大学周豪慎教授团队在《自然》杂志发表最新成果，新型通过引入新型反溶剂优化电解液体系，电解成功解决锂金属电池副反应难题。液让该技术在450 Wh/kg能量密度下循环超750次，锂金在605 Wh/kg超高能量密度下仍稳定循环150次，属电为高比能电池产业化提供了关键路径。池高长寿

1. 研究背景与核心突破

据南京大学9日发布的新型消息，该校周豪慎教授团队在《自然》（Nature）杂志刊登了一项关于锂金属电池电解液改性的电解突破性成果。针对传统锂金属电池存在的液让能量密度与循环寿命难以兼顾的痛点，团队研发出一种新型电解液方案，锂金显著提升了电池的属电综合性能：

• 高能量密度表现：在能量密度达到 450瓦时/千克时，电池循环寿命超过 750次。池高长寿
• 极限性能验证：当能量密度进一步提升至 605瓦时/千克时，新型电池仍能保持稳定的电解循环性能，循环次数达 150次。液让

2. 技术难点：锂枝晶与副反应的双重挑战

锂金属电池虽具备极高的理论能量密度，但其商业化应用长期受制于两大核心问题：

1. 锂枝晶生长：由于锂金属活性极高，在充放电过程中，负极表面容易析出针状锂枝晶。这不仅会刺穿隔膜导致电池短路，更可能引发起火甚至爆炸等严重安全事故。
2. 正极界面副反应：传统醚基高浓度电解液虽能抑制枝晶，但对正极材料兼容性较差。

机制解析：为何传统高浓度电解液失效？

论文第一作者、南京大学现代工程与应用科学学院博士生杨伍桀形象地解释了这一机理：

• “绑定”状态：在高浓度电解液中，溶剂和阴离子与锂离子紧密“绑定”形成稳定团簇。
• “分手”困境：充电时，正极材料不断释放锂离子。这些新锂离子需要与电解液中的溶剂/阴离子结合，但原有的团簇必须先“分手”（脱配位）才能接纳新离子。
• 副反应爆发：在“分手”的瞬间，脱配位的溶剂和阴离子处于高能不稳定状态，极易被氧化发生副反应。这导致电解液组分持续消耗，进而加剧副反应，最终大幅缩短电池寿命。

3. 创新方案：引入新型反溶剂，稳定界面化学

为破解上述难题，研究团队在原有高浓度电解液中引入了一种新型反溶剂，从根本上改变了正极界面的反应机制：

• 抢先结合机制：在充电过程中，反溶剂优先与正极“吐出”的锂离子结合。
• 阻断副反应：这种优先结合阻碍了锂离子与原有溶剂和阴离子的结合，使得电解液中原有的稳定团簇得以保留。
• 效果显著：正极表面的副反应被大幅抑制，从而在高能量密度条件下，实现了锂金属电池长循环稳定性的突破。

4. 前景与挑战

周豪慎教授指出，该成果为高能量密度锂金属电池的研发提供了一条可行的技术路径。然而，从实验室走向大规模产业化，仍需进一步解决以下关键问题：

• 安全性：确保极端条件下的电池安全。
• 制造工艺：开发适合大规模生产的前驱体制备与注液工艺。
• 环保与成本：优化材料体系，降低生产成本并符合环保要求。

(来源：金凤)

(责任编辑：焦点)