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李宝华教授团队&天劲股份王强博士团队J.Mater.Chem.A:原位聚合与人造SEI双管齐下助力高比能锂金属聚合物电池

李宝华教授团队&天劲股份王强博士团队J.Mater.Chem.A:原位聚合与人造SEI双管齐下助力高比能锂金属聚合物电池

广东天劲新能源科技股份有限公司,国家高新技术企业;新能源汽车软包动力&储能电池智能制造提供商;专注锂电技术14年,聚焦软包动力锂电技术路线,致力于打造国内软包动力&储能龙头企业,并推动全球聚合物软包动力&储能锂电行业的发展。

公司高度重视自主知识产权和专有技术的研发,注重人才的引进和培养自2017年天劲股份“博士后创新实践基地”创建以来,积极引进英国伦敦大学学院、美国北卡罗来纳州立大学、澳大利亚伍伦贡大学、中科院等海内外高层次人才,并加大资金和硬件设施等研发投入。创新实践基地研发团队获得了深圳市多项“重点技术攻关项目”支持。

 

 

 

近日,清华大学深圳国际研究生院李宝华教授团队联同广东天劲新能源科技股份有限公司王强团队,在J.Mater.Chem.A发表题为“Long-cycling and safe lithium metal batteries enabled by the synergetic strategy of ex situ anodic pretreatment and an in-built gel polymer electrolyte”的文章。文章第一作者为清华大学博士生刘琦天劲蔡比亚博士 

该工作通过利用有机盐二氟硼酸锂(LiDFOB)引发1,3-二氧戊环(DOL)开环聚合,原位形成的poly-DOL聚合物(GPE)具有高的抗氧化能力(> 5V)、良好的室温离子电导率(3.9×10-4 S cm-1, 25℃)。结合锂金属硝化预处理,在金属锂和正极材料表面分别形成富含N、F、B的SEI、CEI,有效改善了聚合物电解质与电极材料之间的界面兼容性,可同时匹配多种商业化正极材料(例如LiCoO2、LiFePO4、LiMnO2),为锂金属聚合物电池产业化发展提供一定的理论指导。

 

 

现代社会对高能量密度电池和大容量能量转换/存储系统需求日益增长,特别是在便携式/数字电子器件、电力运输、5G通信和智能电网等方面,引起了科研人员对下一代锂金属电池技术的广泛关注。由于锂金属负极有较小的质量密度(0.534g cm−3)、高的理论比容量(3860 mA h g−1)和极低的电化学还原电位(−3.04 V vs. 标准氢电极),因此一直被认为是非常有前景的负极材料。然而,高活泼性锂金属负极与有机液态电解质容易发生副反应,促进电解质的持续分解从而在锂金属表面形成较厚的固体电解质界面层(SEI),引起锂枝晶的生长,从而造成电池容量衰减和热失控等有害现象。因此,构造出坚固稳定的SEI,抑制Li枝晶生长对锂金属电池的工业化生产至关重要。目前的常见策略主要有如通过离子液体或添加剂优化非水系电解质、构建人造SEI层、优化隔膜以及设计三维结构的集流体等。此外,用固态聚合物电解质(SPEs)或凝胶聚合物电解质(GPEs)代替液态有机电解质也可以提高锂金属电池的安全性和循环稳定性。然而,在电池循环过程中,以上电解质优化策略在电极/电解质界面处常常存在着接触不良和不稳定等界面问题。

本工作通过原位聚合和人造SEI双管齐下的策略有效地调控了电解质与电极材料的界面兼容性,拓宽了醚类电解质DOL的电化学稳定窗口,实现了与多种商业正极材料的成功匹配,有助于推进原位聚合物基锂金属聚合物电池的大规模产业化进程。