中新社杭州3月19日電(林波)據(jù)西湖大學19日消息，該校研究團隊創(chuàng)新研制“穿梭耦合電解液”，成功突破無負極鋰金屬電池循環(huán)壽命短的關鍵瓶頸，為高能量密度電池大規(guī)模量產(chǎn)邁出堅實一步。

　　西湖大學工學院王建輝團隊于北京時間18日在《自然》(“Nature”)雜志在線發(fā)表題為“Planar Li Deposition and Dissolution Enable Practical Anode-Free Pouch Cells”(《平面沉積溶解助力實用無負極軟包鋰金屬電池》)的論文。

　　無負極鋰金屬電池因兼具高能量密度、低成本、易組裝優(yōu)勢，被視為鋰電池領域的“圣杯”，但其循環(huán)壽命極短的致命缺陷使其長期停留在實驗室原型階段。

　　傳統(tǒng)無負極電池無額外鋰源補充，充電時鋰離子易在銅箔集流體表面不均勻沉積形成枝晶，引發(fā)副反應并產(chǎn)生“死鋰”，導致電池快速衰減，現(xiàn)有產(chǎn)品循環(huán)壽命僅10次至150次，遠低于商用鋰離子電池的800次以上。

　　王建輝團隊歷經(jīng)五年半研究，研發(fā)的“穿梭耦合電解液”可實現(xiàn)鋰金屬高度同步的平面沉積與溶解，從根本上解決枝晶問題。

　　據(jù)王建輝介紹，該電解液能在負極表面形成約8納米厚、亞納米級均勻的富硼氟聚合物SEI膜。這層“自適應皮膚”可讓鋰離子均勻進出，同時適應鋰金屬的膨脹收縮而不破裂。更關鍵的是，這層SEI膜由正負極跨空間協(xié)同演化形成，突破了傳統(tǒng)電解液界面化學理論。

　　實驗數(shù)據(jù)顯示，該團隊研發(fā)的無負極鋰金屬軟包電池，在無集流體修飾和外源補鋰條件下，能量密度達508Wh/kg、1668Wh/L，80%放電深度下穩(wěn)定循環(huán)突破350次，支持2650W/kg超高功率持續(xù)放電超130秒，工作溫域?qū)掃_零下40℃至60℃，單位瓦時成本較商用石墨基鋰離子電池可降低15%至25%。質(zhì)譜滴定分析證實，電池長循環(huán)后“死鋰”占比僅3.5%，遠低于同類先進電解液。

　　該研究提出的“平面鋰沉積溶解機制”，克服了無宿主金屬電極結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定的固有缺陷，為超越“嵌入化學”機制的高性能金屬電極研發(fā)開辟新路徑。這一突破有望推動飛行汽車、電動汽車、AR/VR眼鏡等領域發(fā)展，讓飛行汽車實現(xiàn)日常跨城飛行、電動汽車續(xù)航翻倍等場景從構(gòu)想走向現(xiàn)實。(完)