集团开发高能量密度长寿命可充电锂金属电池框架

普渡大学Vilas Pol能源研究(ViPER)小组进行的研究表明，有望开发高能量密度可充电锂金属电池，并解决醚基电解质的电化学氧化不稳定性。

这项研究发表在10月<>日的《自然通讯》上。戴维森化学工程学院研究生研究助理郑李是主要作者。

ViPER集团的重点是设计和制造高容量材料，用于下一代更安全的锂离子，锂硫，钠离子，固态和超低温电池系统。

“旨在减少拟议碳排放目标的储能技术的快速增长，以及消费电子和电动汽车市场对储能系统的巨大需求。他们呼吁下一代锂电池具有更高的能量密度和更高的安全性，“化学工程教授Vilas Pol说，他自2014年以来一直领导普渡大学首屈一指的电池制造，电化学和热安全测试实验室。

用高能锂金属替代传统的石墨负极材料是一种非常有前途的方法。然而，这种“圣杯”阳极材料存在低循环性和安全性等具有挑战性的缺点。

“从对LMB新技术的基础研究的角度来看，精心开发合适的液体电解质化学与有前途的阳极和阴极一起工作至关重要，”Pol说。

在他们的研究中，研究人员证明，当使用高度非极性二丙醚作为电解质溶剂时，低浓度醚基电解质可以成功承受实际LMB在工业可行配置下的长期高压(4.3 V)操作。

“实现锂金属阳极和高压阴极与稀醚基电解质同时的长期循环是本研究的主要挑战，”李说。“醚的氧化稳定性很差，尽管它们与锂金属阳极有合理的相容性。因此，我们的目标是扩展其高压能力。从分子水平上，我们证实了稀醚基电解质的溶剂化行为与其在高压正极上性能之间的本质相关性。

通过详细的经典分子动力学(MD)模拟和密度泛函理论(DFT)计算以及多模态实验分析，进一步解释了相关性。结果表明，调节醚基电解质的溶剂化结构可以重新排列溶剂化物种的降解顺序，并选择性地在阴极表面形成强大的保护。它还调整表面双电层的成分，以防止醚氧化。

这种独特的动力学抑制方法不同于使用超高浓度电解质或引入分子氟化来提高电解质稳定性的传统策略，从而显着增加了电池成本。与传统锂离子电池相比，ViPER集团开发的LMB有望提高40%的能量密度。