中大新聞網(wǎng)訊(通訊員雷丹妮)近日，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院雷丹妮教授、王成新教授團(tuán)隊(duì)在鋰金屬電池領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果連續(xù)發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》和《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》，為實(shí)現(xiàn)高安全性、長(zhǎng)循環(huán)穩(wěn)定性的鋰金屬電池體系提供了新的理論框架和實(shí)用化技術(shù)路徑。
鋰金屬電池因能量密度高被視為下一代儲(chǔ)能技術(shù)的核心，但其商業(yè)化長(zhǎng)期受困于電極界面副反應(yīng)加劇及鋰枝晶生長(zhǎng)失控等問(wèn)題。研究團(tuán)隊(duì)基于在鋁基納米材料領(lǐng)域的深厚積累（Science, 2017, 355, 267）（圖1），創(chuàng)新性地利用乙醇鋁（Al(EtO)3）納米線的獨(dú)特配位活性，設(shè)計(jì)出分子結(jié)構(gòu)工程策略。通過(guò)Al(EtO)3與聚乙二醇二丙烯酸酯（poly-PEGDA）定向配位，成功構(gòu)建出連續(xù)穩(wěn)定的Al(EtO)3–poly-PEGDA界面結(jié)構(gòu)，不僅形成鋰離子遷移的快速通道，還將電解質(zhì)的氧化穩(wěn)定性提升至5 V以上。同時(shí)，鋰負(fù)極表面原位生成的鋁基固態(tài)電解質(zhì)膜兼具良好的機(jī)械強(qiáng)度和離子導(dǎo)電性，顯著抑制鋰枝晶生長(zhǎng)。基于該技術(shù)的鋰金屬電池在4.5 V電壓下展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能（圖2）。相關(guān)成果于2025年5月2日發(fā)表于《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》。
圖1 批量制備的Al(EtO)3納米線的光學(xué)照片和掃描電子顯微圖。
為了進(jìn)一步提升鋰金屬電池的能量密度和安全性，團(tuán)隊(duì)利用分子結(jié)構(gòu)工程策略，構(gòu)建三元復(fù)合電解液添加劑體系：通過(guò)Al(EtO)3與氟代碳酸乙烯酯和乙氧基五氟環(huán)三磷腈分子的協(xié)同配位，在電極表面原位聚合形成均勻的固態(tài)電解質(zhì)界面，同步緩解三元正極晶格應(yīng)力并抑制負(fù)極枝晶，提升了鋰金屬電池在4.7 V電壓下的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性（圖3）。該突破性進(jìn)展發(fā)表于2025年5月10日《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》。
目前，研究團(tuán)隊(duì)正在構(gòu)建多元協(xié)同添加劑數(shù)據(jù)庫(kù)及專利池。篩選降本增效配方，推動(dòng)該技術(shù)體系在鋰離子電池、固態(tài)電池等領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。雷丹妮教授表示：“分子結(jié)構(gòu)工程策略已通過(guò)系統(tǒng)性驗(yàn)證，下一步將通過(guò)深度產(chǎn)學(xué)研合作，加速實(shí)現(xiàn)從實(shí)驗(yàn)室到市場(chǎng)的跨越?！?/p>
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/anie.202506662
https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf182
