山东
IT之家 8 月 14 日消息，锂金属电池虽然理论能量密度超过 500 Wh/kg，但由于十分有限的循环寿命导致商业化进程却非常受限，这主要还是由于其电解液与电极界面稳定性较差，传统的电解液难以兼容锂金属负极和高压正极。因此，设计出在负极和正极均具有高稳定性界面的电解液，是实现高能量密度锂金属电池的关键。
中国科学院宣布，旗下物理研究所 / 北京凝聚态物理国家研究中心特聘研究员王雪锋联合北京大学、中国科学技术大学、苏州大学的科研人员提出了一种致密离子对聚集体 (CIPA) 电解质，可在稀薄电解质条件下发展出长寿命锂金属软包电池。
据官方介绍，这种具有独特纳米级溶剂化结构的接触离子对聚集体电解液，采用高镍正极（LiNi0.905Co0.06Mn0.035O2 ) 组装的 505.9 Wh/kg 锂金属软包电池，经过 130 个循环后能量保持率为 91%。
相关研究成果已通过《Towards long-life 500 Wh kg-1lithium metal pouch cells via compact ion-pair aggregate electrolytes》为题发表在《自然-能源》杂志上（IT之家附 DOI:10.1038/s41560-024-01565-z）。
▲锂金属负极的界面表征
据介绍，该工作采用冷冻透射电子显微镜，结合一系列先进的表面分析技术，研究固态电解质界面膜的结构、成分和空间分布。
在结构上，CIPA 电解液在锂金属负极表面形成薄且均匀的 SEI 膜。该膜平均厚度约为 6.2 nm，低于局部高浓电解液中所形成的 SEI 膜。两种电解液中形成的 SEI 膜都表现出有机–无机复合结构，其中 CIPA 电解液所形成的 SEI 膜中 Li2O 纳米晶粒尺寸和分布表现出更高的均匀性。
在成分上，与 CIPA 电解液相比，LHCE-G3 电解液形成的 SEI 中 LiF 含量较少且 C-和 O-的信号更强，表明 FSI−阴离子分解减少，溶剂分解更为严重。
在空间分布上，CIPA 电解液衍生的 SEI 膜中 C-和 S-元素从内到外分布更加均匀，而 LHCE-G3 电解液在 SEI 膜的外层检测到明显的 C-信号，而 S-信号则在内层集中，说明 LHCE-G3 电解液的还原行为是不均匀的，这会引发局部的锂沉积，导致锂枝晶的形成。
研究综合界面表征结果发现，CIPA 电解液中 FSI−阴离子通过集体电子转移机制迅速还原，形成富含 LiF 和 Li2O 且低有机含量的 SEI 膜。这种稳定的 SEI 层为锂金属负极提供了有效保护，防止了进一步的副反应，从而增强了锂金属电池的循环稳定性和安全性。
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