新材料助力鋰金屬電池超長壽命運行

[本刊訊] 鋰金屬電池在1996年誕生，其安全性、比容量、自放電率和性能價格比均優(yōu)于鋰離子電池。但由于其自身的高技術(shù)要求限制，在新能源材料領(lǐng)域，如何實現(xiàn)更高能量密度、更安全、更持久的鋰金屬電池，一直是科研界的一大難題。云南大學材料與能源學院的郭洪教授團隊設計了一種新型酰氨基功能化聚合物電解質(zhì)，為鋰金屬電池的長壽命運行提供了有力保障。相關(guān)成果發(fā)表在國際期刊《能源與環(huán)境科學》上。

鋰金屬電池被視為未來電池技術(shù)的重要方向，其中固態(tài)電解質(zhì)性能的優(yōu)化尤為關(guān)鍵。傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)雖然具有界面接觸性好、工業(yè)化生產(chǎn)潛力大等優(yōu)點，但在實際應用中卻面臨著機械性能不足、鋰離子（Li+）傳輸效率低、電極或電EVG5oDfzWW0mvuUW0lh24DkY9Zv3Tt12AqIXCquorYo=解質(zhì)界面穩(wěn)定性差等挑戰(zhàn)。

針對這些挑戰(zhàn)，郭洪教授團隊提出了創(chuàng)新的分子設計策略，通過引入豐富的酰氨基位點，構(gòu)建了一個獨特的分層超分子網(wǎng)絡，巧妙結(jié)合了永久化學交聯(lián)和可逆氫鍵，使聚合物電解質(zhì)在保持高度機械強度的同時，具備了優(yōu)異的柔韌性。更重要的是，酰氨基位點的引入為鋰離子提供了快速且可逆的傳輸通道，顯著提升了電解質(zhì)的離子傳導性能。此外，整個聚合物基質(zhì)的預去溶劑化效應也進一步促進了鋰離子的傳輸效率，使其在電解質(zhì)中的遷移更加迅速和均勻。

除了優(yōu)異的傳輸性能，這種新型聚合物電解質(zhì)還能夠在電極表面形成穩(wěn)定的界面層，有效防止了鋰枝晶的生成和界面副反應的發(fā)生。鋰枝晶不僅會導致電池短路，還會加速電池的老化。因此，這種雙重強化的界面穩(wěn)定性對于提高電池的安全性和循環(huán)壽命至關(guān)重要。

實驗顯示，在完整充放電情況下，磷酸鐵鋰正極搭配鋰金屬負極的電池經(jīng)過850次循環(huán)后，容量保持率仍高達96.5%；而鈷酸鋰正極的電池則在300次循環(huán)后只能保持96.8%的容量?？梢?，采用這種新型電解質(zhì)的鋰金屬電池，在循環(huán)測試中有驚人的耐久性。

這一次對固態(tài)電解質(zhì)設計的重大創(chuàng)新，為解決鋰金屬電池面臨的諸多挑戰(zhàn)提供了新思路，也為未來開發(fā)更高性能、更長壽命的固態(tài)電池奠定了堅實的理論基礎和材料基礎，在電動汽車、儲能系統(tǒng)等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景。

（胡 楊）