高性能锂金属电池

香港科技大学（科大）工学院的研究团队，最近成功研发一种新一代用于锂金属电池的固态电解质，能够大幅提升电池的安全性和性能。这项突破性发现，有助于推动应用于电动车、便携式电子产品和电网供电等领域的储能技术发展。

新型能源技术的有效开发和大规模应用将给全球能源格局带来巨大变革。近年来，航空航天、无人机、新能源汽车等领域对电池能量密度提出了更高要求。然而，以传统石墨负极为代表的锂离子电池能量密度接近于理论极限（~300 Wh kg-1），无法满足上述领域的技术需求。基于锂金属负极构建的新型电池体系理论能量密度远高于现有锂离子电池，是新一代高比能电池的理想选择。然而,不可控的锂枝晶生长和不稳定的锂金属/电解液界面严重阻碍了其实际应用。

研究揭示了这样一个关键性的发现——一种新颖的三维聚合物结构，它犹如化学领域的路标，为提升锂电池性能指明了前进的道路。

局部高浓度电解液振兴了二次电池的发展。然而，现有局部高浓电解液所使用的氟化稀释剂通常具有毒性高、环境污染严重、合成困难和成本高等缺点。

随着全球对清洁能源和可持续交通方式的需求日益增加，电动汽车（EV）行业正迅速发展。在这个过程中，电动汽车的核心组成部分——电池技术的进步显得尤为重要。目前，电动汽车普遍使用的锂离子电池虽然已经相对成熟，但在能量密度、充电速度以及循环寿命等方面仍存在限制。全球的研究团队正致力于开发有潜力的锂金属电池。

锂离子电池作为当今世界最广泛使用的能量存储设备之一，一直处于不断的改良和创新过程中。在过去的几十年里，从手机到电动车，锂离子电池的应用日益广泛，但它们也面临着诸多挑战，如寿命短、充电时间长和安全性问题。为了克服这些限制，全球的科学家们一直在研究更高效、更安全的电池技术。在这方面，一项最新研究成果引人注目。

近日，上海交通大学变革性分子前沿科学中心梁正课题组和化学化工学院/变革性分子前沿科学中心颜徐州课题组针对电池内部锂离子界面传输阻力大等问题，通过变革性的分子设计与电子云调控，实现了界面快离子传导，开发出高比能长循环的锂金属电池。

近年来，目光已经转为新的锂金属电池技术，但在其研究过程中，稳定性和安全性仍是一个挑战。然而，有一种新研发的固态电解质材料有可能解决这个难题。美国和加拿大的科研小组开发出一种新型锂基固态电解质（SSE）材料已经在实验中显示出很好的应用前景。

金属锂具有高理论比容量（3860 mAh/g）、低密度（0.59 g/cm3）和低还原电位等优点，被认为是电池负极材料中的“圣杯”。然而，在锂电池充放电循环中，电极-电解质界面处极易生成锂枝晶，导致电池循环寿命低，带来安全隐患。因此，如何构建高稳定性的固态电解质膜（SEI）抑制锂枝晶生长，近年来成为锂电池领域的重要研究方向，其中，发展高性能聚合物材料用于人工SEI层被认为是最有潜力的方向之一。

阿贡国家实验室的研究人员开发了一种氟化阳离子电解质，有助于实现高性能、持久的锂金属电池。研究报告发表在《自然通讯》上。

西安交通大学宋江选教授团队开发了一种电化学稳定的具有自适能力的静电屏蔽层用于锂金属负极。该静电屏蔽层利用芳香环取代基调控电荷分布来降低其还原电位实现电化学稳定，利用其静电效应自适应地均匀化电极表面的电流密度，从而调控锂沉积行为并实现高沉积容量（4 mAh cm-2）下的无枝晶沉积形貌。基于该静电屏蔽层所构建的锂金属软包电池在极限条件下（高面容量5.7 mAh cm-2，大电流2.7 mA cm-2，低电解液用量2.5 g Ah-1），展现出良好的循环稳定性且能量密度>400 Wh kg-1。

深圳国际研究生院贺艳兵课题组在高电压耐高温锂金属电池研究领域取得新进展

韩国电子技术研究所 (KERI) 的一个研究小组使用一维锂限制多孔中空碳主体开发了一种高容量锂金属电池，该电池具有更高的倍率性能和稳定性。

锂金属电池是下一代高能量密度二次电池的优秀“候选人”。然而，它的发展正面临着锂沉积/溶解可逆性差、电解质消耗等问题的阻碍。目前，通过优选功能添加剂、溶剂和锂盐的方式是最方便和有效的解决方案，因为电解液体系溶剂化结构可以调节电极/电解液的界面形成以提升电池性能。

电动汽车和无人机市场的快速增长，促使研究者开发更高能量密度、功率性能和长循环寿命的二次电池。锂金属的高理论比容量(3860 mAh g-1)和低电化学电位(-3.040 V vs.标准氢电极)，使其成为最理想的负极材料之一。然而，锂金属负极在实际应用方面仍面临着严峻的挑战。由于锂金属负极在重复的循环过程中，表面能高的位点容易引起锂的不均匀沉积生长(枝晶的形成)，导致电池内部短路和热失控等严重事故。近年来，通过修饰负极/隔膜界面，如复合锂负极、调整电解液组成和添加剂等方法来抑制枝晶生长，取得了一定的成效。

据德国卡尔斯鲁厄理工学院近日报道，由该校与乌尔姆大学合建的乌尔姆亥姆霍兹研究所近期开发出能量密度高达560瓦时每公斤且稳定性良好的新型锂金属电池。该电池创新之处在于阴极材料和电解质：富镍的阴极实现了单位质量可以储存大量能量，离子电解液保障经过多个充电周期电池容量基本保持不变。

美国能源部太平洋西北国家实验室 (PNNL) 的研究人员创造了一种可持续600次循环的锂金属电池，远远高于其他报告的结果。关于这项工作的论文发表在《自然能源》杂志上。

中国科学院大连化学物理研究所储能技术研究部研究员李先锋、张洪章带领的研究团队在具有长循环寿命的锂金属电池研究方面取得进展。

便携式智能器件与长续航电动汽车的发展，对可充电的二次电池的能量密度提出了更高的要求。当锂负极与硫正极相匹配时，组成锂硫电池的容量高达2600 Wh kg-1，这将适用于未来高能量密度需求的电动汽车。