新电解液让高压锂电池耐热又长寿

湖南科技大学研究员汪靖伦团队，联合上海空间电源研究所、华南师范大学等的研究者，在高性能锂离子电池新型功能电解液研究领域获重要进展，相关成果近日发表于eScience Energy。

电解液作为连接正负极并承担锂离子传输的重要介质，是制约高能量密度锂金属电池实际应用的关键瓶颈。针对这一挑战，团队通过两亲性功能分子设计和独特的类胶束状电解液构筑，实现了能量密度高达490 Wh/Kg的5.7 Ah高压Li||NCM811软包电池稳定循环。溶剂化结构分析表明，两亲性结构的溶剂能够有效促进Li?与FEC/TFSI?的配位，形成具有低去溶剂化能的Li+溶剂化结构。

电化学测试结果表明，类胶束状的电解液使Li||NCM811全电池能够在高压（4.7 V）下稳定运行，在0.5 C倍率下循环200圈后仍能实现66.8%的高容量保持率。此外，使用F5DF电解液的Li||NCM811全电池在55 °C的高温下表现出显著改善的循环性能。

形貌及组分分析表明，在负极界面，采用类胶束状的电解液能够形成LiF富集度更高的SEI层，锂沉积/剥离过程展现出更为平整致密的金属锂形貌；在正极界面，该电解液体系有效抑制NCM811正极中有机组分的分解反应，同时生成更高比例的无机成分，构建出富含LiF和CN的CEI保护层。

通俗地说，团队在电解液里设计一类“两亲性”分子，让它们在电解液中自发组装成类似“胶束”的微小结构。这种结构像智能交通指挥员，能引导锂离子更顺畅地穿梭，同时优先在正负极表面形成一层富含氟化锂的坚固“防护盔甲”，既抗高压又耐高温，还能让锂沉积得更平整、不长毛刺。最终，他们做出能量密度达490 Wh/kg的5.7安时大软包电池，在0.5C倍率下循环200次后仍保持66.8%的容量。

研究得到了国家自然科学基金、装备重大基础研究项目、湖南省自然科学基金、岳麓山工业创新中心项目及湖南省斑校青年骨干教师培养计划等项目资助。