清華新聞網(wǎng)2月6日電 全固態(tài)電池是下一代儲能技術(shù)競爭的關(guān)鍵制高點。聚合物電解質(zhì)以其輕質(zhì)、高柔性和良好的加工性等優(yōu)點，在高能量密度、長循環(huán)壽命、高安全性的固態(tài)鋰金屬電池領(lǐng)域有著巨大潛力，但目前其受到極性聚合物鏈主導的鋰離子溶劑化結(jié)構(gòu)的影響，導致電解質(zhì) / 電極界面不穩(wěn)定，惡化的電池性能。因此，迫切需要為固態(tài)聚合物鋰電池量身定制一款高性能的電解質(zhì)。
清華大學化工系劉凱團隊報道了一類不對稱鋰鹽：選擇性氟化芳香型鋰鹽，用于調(diào)節(jié)聚合物電解質(zhì)中的溶劑化結(jié)構(gòu)和界面化學行為。通過改造陰離子的結(jié)構(gòu)，減弱鋰離子與聚合物鏈的耦合，增強鋰離子與陰離子的配位。同時陰離子與聚合物之間的氫鍵促使形成了一種“三聯(lián)體”溶劑化結(jié)構(gòu)，提高了電解質(zhì)的均勻性和機械強度，誘導生成了富含Li2O的超薄界面層。該分子工程策略有望促進高性能全固態(tài)鋰金屬電池的進一步發(fā)展。
圖1 選擇性氟化鋰鹽的設(shè)計準則和聚合物電解質(zhì)的基本性質(zhì)
圖2 選擇性氟化鋰鹽的溶劑化結(jié)構(gòu)和優(yōu)勢總結(jié)
應用選擇性氟化鋰鹽的磷酸鐵鋰全固態(tài)鋰金屬電池在1650圈循環(huán)過程中表現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性，庫倫效率為99.8%，使用高載量正極和薄鋰組成的固態(tài)全電池實現(xiàn)了580圈循環(huán)的創(chuàng)紀錄壽命，容量保持率為97.4%。這項工作為下一代固態(tài)電池的電解質(zhì)設(shè)計提供了新的見解。
相關(guān)成果于1月31日以“選擇性氟代芳香鋰鹽用于全固態(tài)電池的溶劑化結(jié)構(gòu)和界面化學調(diào)控”（Selectively fluorinated aromatic lithium salts regulate the solvation structure and interfacial chemistry for all-solid-state batteries）為題發(fā)表在學術(shù)期刊《科學進展》（Science Advances）上。
論文第一作者為清華大學化工系2020級博士生閆帥帥，通訊作者為清華大學化工系劉凱副教授。該研究工作得到了北京市自然科學基金、國家自然科學基金的支持。
論文鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.ads4014
供稿：化工系
編輯：邱收
審核：周襄楠
