中新社杭州3月19日電(林波)據(jù)西湖大學(xué)19日消息，該校研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研制“穿梭耦合電解液”，成功突破無(wú)負(fù)極鋰金屬電池循環(huán)壽命短的關(guān)鍵瓶頸，為高能量密度電池大規(guī)模量產(chǎn)邁出堅(jiān)實(shí)一步。

　　西湖大學(xué)工學(xué)院王建輝團(tuán)隊(duì)于北京時(shí)間18日在《自然》(“Nature”)雜志在線發(fā)表題為“Planar Li Deposition and Dissolution Enable Practical Anode-Free Pouch Cells”(《平面沉積溶解助力實(shí)用無(wú)負(fù)極軟包鋰金屬電池》)的論文。

　　無(wú)負(fù)極鋰金屬電池因兼具高能量密度、低成本、易組裝優(yōu)勢(shì)，被視為鋰電池領(lǐng)域的“圣杯”，但其循環(huán)壽命極短的致命缺陷使其長(zhǎng)期停留在實(shí)驗(yàn)室原型階段。

　　傳統(tǒng)無(wú)負(fù)極電池?zé)o額外鋰源補(bǔ)充，充電時(shí)鋰離子易在銅箔集流體表面不均勻沉積形成枝晶，引發(fā)副反應(yīng)并產(chǎn)生“死鋰”，導(dǎo)致電池快速衰減，現(xiàn)有產(chǎn)品循環(huán)壽命僅10次至150次，遠(yuǎn)低于商用鋰離子電池的800次以上。

　　王建輝團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)五年半研究，研發(fā)的“穿梭耦合電解液”可實(shí)現(xiàn)鋰金屬高度同步的平面沉積與溶解，從根本上解決枝晶問(wèn)題。

　　據(jù)王建輝介紹，該電解液能在負(fù)極表面形成約8納米厚、亞納米級(jí)均勻的富硼氟聚合物SEI膜。這層“自適應(yīng)皮膚”可讓鋰離子均勻進(jìn)出，同時(shí)適應(yīng)鋰金屬的膨脹收縮而不破裂。更關(guān)鍵的是，這層SEI膜由正負(fù)極跨空間協(xié)同演化形成，突破了傳統(tǒng)電解液界面化學(xué)理論。

　　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無(wú)負(fù)極鋰金屬軟包電池，在無(wú)集流體修飾和外源補(bǔ)鋰條件下，能量密度達(dá)508Wh/kg、1668Wh/L，80%放電深度下穩(wěn)定循環(huán)突破350次，支持2650W/kg超高功率持續(xù)放電超130秒，工作溫域?qū)掃_(dá)零下40℃至60℃，單位瓦時(shí)成本較商用石墨基鋰離子電池可降低15%至25%。質(zhì)譜滴定分析證實(shí)，電池長(zhǎng)循環(huán)后“死鋰”占比僅3.5%，遠(yuǎn)低于同類(lèi)先進(jìn)電解液。

　　該研究提出的“平面鋰沉積溶解機(jī)制”，克服了無(wú)宿主金屬電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的固有缺陷，為超越“嵌入化學(xué)”機(jī)制的高性能金屬電極研發(fā)開(kāi)辟新路徑。這一突破有望推動(dòng)飛行汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)、AR/VR眼鏡等領(lǐng)域發(fā)展，讓飛行汽車(chē)實(shí)現(xiàn)日?？绯秋w行、電動(dòng)汽車(chē)?yán)m(xù)航翻倍等場(chǎng)景從構(gòu)想走向現(xiàn)實(shí)。(完)