中科院在高比能锂金属负极保护方面取得系列进展

    锂金属作为锂二次电池的“圣杯”负极资料，具有3860毫安时/克的高比容量以及最低的氧化复原电位，既可以被运用于锂空气、锂硫等高能量密度体系中，也可以与锂离子正极资料配对完成二次电池能量密度的大幅度提高。但是，受制于锂金属堆积进程中的不规则枝晶成长以及锂金属与电解液的不行逆反应，锂金属负极在循环进程中会构成极度不稳定的电极/电解液界面，快速损耗电池容量和添加电池内阻，导致锂金属负极在电池中的实践运用仍然遭到许多挑战。

    针对锂金属界面不稳定的顽疾，我国科学院波资料技能与工程研究所新式储能资料与器材团队进行了一系列的界面多孔结构设计，经过空间限域办法按捺锂金属电极不规则的表面体积胀大，减轻堆积锂金属对其界面钝化层的机械压力，然后改进了锂金属界面SEI膜易破损的问题，并完成了锂金属负极库伦功率及循环寿数的显著提高（图1）。在第一代模型中，科研人员经过运用氧化铝孔隙层结合FEC成膜添加剂的复合办法，将堆积锂金属按捺在氧化铝孔隙中的一起，构成一种机械功能优异的SEI膜贯穿于孔隙结构中，两者彼此协同效应，有效地将锂金属在碳酸酯电解液中的库伦功率提高至97.5-98%（J. Mater. Chem. A,2016,4,2427-2432）。在第二代模型中，科研人员用3D集流体孔隙结构代替无机孔隙层，在保持一代模型优势的一起，进一步减小部分电流密度，推迟枝晶成长以及延伸锂金属的循环寿数至150周以上（ACS Appl. Mater. Interfaces2016,8,26801-26808）。在第三代模型中，经过运用不定型碳为孔隙骨架，科研人员发现一种高比表面积三维成长的SEI膜能进一步提高锂金属的循环寿数，该作业宣布在J. Mater. Chem. A,上。

    近期，该团队与中科院上海硅酸盐研究所研究员郭向欣、美国太平洋西北国家实验室教授张继光协作，开发了一种可移植性富LiF层作为器材化的锂金属维护膜（图2）。该维护膜由交联的纳米级LiF域构成，可将新堆积的金属锂与电解液溶剂离隔，防止直接接触及副反应，然后大幅度提高锂金属负极的循环功能。此外，这种可移植维护膜可以直接用作众多锂金属电池体系的独立维护组件，对电池功能的提高具有很好的促进作用。此部分研究成果宣布在Nano Energy上。

    以上作业获得了我国博士后基金面上一等赞助、我国博士后基金特别赞助、宁波市自然科学基金、浙江省自然科学基金青年项目、国家自然科学基金外籍青年研究人员项目以及中科学院战略性先导科技专项的支撑。