【儀表網 研發快訊】隨著高能量密度儲能技術的快速發展，鋰金屬電池因其超高理論比容量，被視為最具潛力的下一代電化學儲能體系。然而，當前液態電解質普遍存在可燃性高、界面不穩定及枝晶生長嚴重等問題，嚴重制約了鋰金屬電池的安全性與循環壽命。因此，研究人員致力于開發具有高離子電導率、優異界面穩定性、寬電化學窗口和高安全性的固態電解質，以實現對鋰金屬負極的高兼容性。其中，通過原位聚合法得到的聚合物電解質兼具液態電解質的高離子電導率與固態電解質的安全性，在改善界面兼容性、抑制枝晶形成及提升電化學穩定性方面表現突出。然而，此類聚合物電解質仍面臨界面穩定性差、與高電壓正極的匹配性有限、快充能力差等問題。
針對上述難題，西安交通大學先進儲能電子材料與器件研究所徐友龍教授研究團隊提出“分子協同工程”的創新策略，提出了一種基于氟化酰胺的深共晶凝膠聚合物電解質(PDEE−UBP)，兼具高安全性、快速離子傳輸與寬電壓穩定窗口。通過對含氟深共晶體系實施原位聚合，電解質獲得了優異的本征阻燃性與界面兼容性，顯著降低了安全風險。此外，針對凝膠聚合物電解質在界面穩定性和高壓適配性方面的不足采用三元協同添加劑策略調控分子間協同作用，在界面化學調控、溶劑化結構優化及宏觀電化學性能之間實現了分子層級的精確耦合，構筑了化學穩定、富無機物的固態電解質界面結構，從而實現了高電壓兼容與長期循環穩定的統一，為發展高安全、高能量密度的下一代鋰金屬電池電解質體系提供了新的設計范式與理論依據。實驗結果表明，PDEE−UBP電解質表現出優異的綜合性能：離子電導率為2.83 mS cm−1(25 °C)，電化學窗口為5.6 V，滿足所有高電壓正極的需求，且鋰離子遷移數高達0.68。采用該電解質的4.5 V鈷酸鋰電池在3 C倍率下循環1000次后具有92.3%的容量保持率，展現了優異的快充性能和循環穩定性。
近日該研究成果以《氟化共晶聚合物電解質的分子協同工程及其在快充高電壓鋰金屬電池中的應用》(Molecular Synergy Engineering of Fluorinated Eutectic-Based Polymer Electrolytes for Fast-Charging and High-Voltage Lithium Metal Batteries)為題發表在國際能源材料領域著名期刊《先進功能材料》(Advanced Functional Materials)上。電子學院博士生楊浦為論文第一作者，西安交通大學電子學院徐友龍教授為論文通訊作者。西安交通大學為論文唯一通訊單位。該工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃的資助。論文測試表征得到了西安交通大學國家儲能技術產教融合創新平臺和西安交通大學分析測試共享中心的支持。
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