双锂盐凝胶复合电解质的制备及其在锂金属电池中的应用

锂金属具有理论比容量高、还原电位低及储量高等优势,是高能量密度锂离子电池的理想负极材料之一。然而,传统的液态电解质与锂金属的不相容性极大地限制了其应用。本研究采用原位聚合的方法,开发了一种与锂金属负极相容性良好的凝胶复合电解质(Gel Complex Electrolyte,GCE)。向该电解质中引入的双锂盐体系可与聚合物组分共同作用,拓宽了电解质的电化学窗口(5.26 V,商用电解液的电化学窗口为3.92 V),并能够获得较高的离子电导率(30℃,1×10^(–3)S·cm^(–1))。锂金属负极表面的形貌表征及元素分析结果显示,在双锂盐体系的作用下,GCE表现出对锂金属明显的保护效果,锂金属负极的体积效应及枝晶生长得到了明显抑制。同时,匹配商业磷酸铁锂(LiFePO4)正极材料组装的锂金属全电池也展现出优异的循环稳定性和良好的倍率性能,在25℃下以0.2C(1C=0.67 mA·cm^(–2))的恒定电流循环200圈后,容量保持率可以达到92.95%。研究表明,该GCE能有效提高锂金属电池的安全稳定性以及综合的电化学性能,有望提供一种普适化的准固态电解质设计策略。

固态锂电池中金属锂负极与固体电解质界面的关键挑战

随着新能源汽车的快速发展,车用锂电池的安全性能备受关注。不同于传统锂离子电池采用可燃有机液体电解液,固态锂电池采用无机类固体电解质,具有不可燃、不漏液、高安全、长寿命等一系列优点。此外,固体电解质可兼容高容量金属锂负极,进而实现高能量密度(>300 Wh/kg)。然而,由于固体电解质缺乏流动性,其与金属锂负极的界面问题已经成为制约固态锂电池发展的瓶颈。本文简要讨论了金属锂负极与固体电解质界面所存在的几项关键挑战:(1)界面润湿;(2)枝晶生长;(3)金属锂的利用率等问题,并介绍了针对这几项关键问题的近期研究进展。