科技日报记者 金凤
锂金属电池能量密度高，但“脾气暴”。如何让锂金属电池动力更强、寿命更长，如今有了新思路。记者9日从南京大学获悉，该校周豪慎教授团队研发出一种新型电解液，可以让锂金属电池在450瓦时每千克的能量密度下，循环超过750次；将能量密度提升至605瓦时每千克，电池仍能稳定循环150次。成果近日刊发于国际学术期刊《自然》。
锂金属电池被视为下一代高能量密度储能的“明星”，但循环寿命短始终是它的“阿喀琉斯之踵”。
“这是因为锂金属活性太高，与电解液副反应严重。”论文的第一作者、南京大学现代工程与应用科学学院博士生杨伍桀告诉科技日报记者，锂金属电池充放电时，负极容易长出针状的锂枝晶，这可能会造成电池短路，甚至导致电池起火爆炸。
想消除锂枝晶，可以使用醚基高浓度电解液，但醚类溶剂却对电池正极带来挑战。杨伍桀打了个比方：“电池充电时，正极材料要不断‘吐出’锂离子，它们会与电解液中的溶剂和阴离子结合。但后者和电解液里的锂离子已经‘绑’在一起了，要接纳新的锂离子，原来的团簇就得先‘分手’。这个‘分手’瞬间，脱配位的溶剂和阴离子容易被氧化发生副反应，这时的电解液组分被消耗，反过来又加剧副反应，最终电池寿命大打折扣。”
此次研究中，团队在原有的高浓度电解液里引入一种新型反溶剂。
“我们发现，电池充电过程中，反溶剂会抢先与正极吐出来的锂离子结合，阻碍它们与溶剂和阴离子结合，电解液中原有的稳定团簇得以保留，正极表面的副反应被大幅抑制。”杨伍桀说，团队将这套电解液方案装进接近实际应用条件的电池里，发现在高能量密度下，锂金属电池也可以兼顾长循环稳定性。
论文通讯作者、南京大学教授周豪慎表示，该成果为高能量密度锂金属电池的研发提供了一种技术路径，但想要实现产业化，还需要解决安全性、大规模制备工艺、环保、成本等问题。
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