西安交通大學教授唐偉聯合東南大學教授吳宇平等組成的國際團隊，基于對固態電解質界面膜(SEI)化學的調控設計了一種寬溫域電解液，助力鋰金屬電池寬溫域高效循環。該研究展示了理解SEI化學的重要性，為寬溫域電解液的設計提供了有效策略，對推動寬溫域鋰金屬電池的技術突破和商業化進程具有重要指導意義。相關研究近日發表于《德國應用化學》。
 

　　鋰金屬電池因其高比容量的鋰金屬負極(3860毫安時/克)被視為實現超過500瓦時/千克能量密度的重要途徑。然而，受限于金屬電極、電解液界面的不穩定性以及枝晶生長問題，鋰金屬電池循環壽命較短。在追求高能量密度的條件下，其循環穩定性面臨更大的挑戰。此外，鋰金屬電池的性能受溫度變化影響顯著，低溫下由于鋰的傳質動力學緩慢，導致鋰枝晶生長和放電能量密度低。
 

　　針對上述問題，研究團隊通過構筑局部高濃電解液，使鋰離子溶劑化結構從溶劑主導轉變為陰離子主導，促進陰離子分解，從而在鋰金屬負極表面構建了富含氟化鋰等無機組分的SEI界面。電化學性能測試、理論模擬計算、界面表征以及原位光學觀察結果表明，富含氟化鋰等無機組分的SEI能夠有效促進鋰離子在SEI中的擴散并加速其去溶劑化過程，從而提升鋰金屬負極的動力學性能，并顯著抑制低溫下的鋰枝晶生長。因此，使用該電解液組裝的5.8安時軟包電池能夠在-40℃到60℃的寬溫度范圍內運行，實現25℃時503.3瓦時/千克的高能量密度和260次循環的優異壽命，以及-40℃時339瓦時/千克的超高放電能量密度。