【ZiDongHua 之“創(chuàng)新自化成”收錄關(guān)鍵詞：動(dòng)力電池 儲(chǔ)能電池 新能源汽車 無(wú)人機(jī) 人形機(jī)器人 鋰電池 】
　　
 
　　Nature+1！與你息息相關(guān)！
 
　　
　　新能源汽車如何增加續(xù)航？
　　
　　無(wú)人機(jī)載重怎樣提升？
　　
　　人形機(jī)器人如何長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行？
　　
　　這些都與鋰電池技術(shù)水平息息相關(guān)
　　
　　7月16日
　　
　　Nature發(fā)表了
　　
　　我校材料科學(xué)與工程學(xué)院
　　
　　黃云輝教授和袁利霞教授團(tuán)隊(duì)
　　
　　最新研究成果
　　
　　為破解鋰電池“三高”難題
　　
　　提出新策略
 
　　
　　如何實(shí)現(xiàn)電池高能量密度下的高穩(wěn)定和高安全（“三高”）是學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界長(zhǎng)期面臨的巨大挑戰(zhàn)。材料學(xué)院、材料成形與模具技術(shù)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室動(dòng)力與儲(chǔ)能電池團(tuán)隊(duì)黃云輝和袁利霞團(tuán)隊(duì)在題為“Liquid-liquid interfacial tension stabilized Li metal batteries”（液-液界面張力穩(wěn)定的鋰金屬電池）的論文中，提出了破解鋰電池“三高”難題的新策略。
 
　　
　　（a）、（b）Li?在充電過(guò)程的傳輸行為及正負(fù)極界面演化示意圖，對(duì)應(yīng)Li?溶劑化策略（a）和微乳電解液策略（b）。
　　
　　鋰金屬電池被視為最具潛力但又最具挑戰(zhàn)的下一代電池體系?；钚詷O高、被譽(yù)為可充電電池“圣杯”的金屬鋰負(fù)極，其與高鎳三元等高電壓正極兩側(cè)的電極界面均不穩(wěn)定，極易導(dǎo)致嚴(yán)重的副反應(yīng)，這不僅縮短電池使用壽命，且?guī)?lái)安全隱患。
　　
　　電解液作為連接電池正負(fù)極的關(guān)鍵組分，其優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)打破上述“三高”瓶頸至關(guān)重要。目前通常采用調(diào)整鋰鹽/溶劑配比或引入功能添加劑等策略，這對(duì)形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面膜（SEI）從而提升負(fù)極界面穩(wěn)定性成效顯著，但對(duì)高電壓正極界面膜（CEI）的優(yōu)化效果不佳。這是因?yàn)槌潆娺^(guò)程中在電場(chǎng)和濃度場(chǎng)梯度作用下，陰離子隨鋰離子向負(fù)極遷移，導(dǎo)致正極側(cè)缺乏有效的成膜組分，難以形成穩(wěn)定的CEI，最終影響電池的整體界面穩(wěn)定性。
　　
　　為突破這一瓶頸，黃云輝、袁利霞團(tuán)隊(duì)提出基于液-液界面張力（γL–L）的界面調(diào)控新策略，發(fā)明了一類新型的非均相微乳電解液，成功將溶解性較差的功能性溶劑組分引入至電解液體系。團(tuán)隊(duì)通過(guò)分子設(shè)計(jì)，使全氟溶劑與局部氟化兩親性溶劑通過(guò)分子間作用力絡(luò)合形成微乳膠團(tuán)（50-120nm），將氟化相均勻穩(wěn)定地分散于電解液連續(xù)相中，進(jìn)一步利用γL–L驅(qū)動(dòng)力使這些功能組分遷移，同步富集于正負(fù)極界面，構(gòu)建梯度分布的氟化界面溶劑化層。這種不依賴電場(chǎng)方向和濃度梯度的界面結(jié)構(gòu)構(gòu)建方式，有效解耦了溶劑化結(jié)構(gòu)和界面保護(hù)機(jī)制，減弱了高活性溶劑與電極的接觸，顯著抑制了界面副反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)正負(fù)極界面協(xié)同的動(dòng)態(tài)保護(hù)。
 
　　
　?。╝）Li||NCM811軟包電池在微乳電解液中的循環(huán)性能；（b）電池的電壓-容量曲線；（c）本文與報(bào)道的電池性能對(duì)比；（d）電池在循環(huán)前后的厚度變化。
　　
　　研究表明，采用該策略研制的安時(shí)級(jí)Li||NCM811軟包電池呈現(xiàn)出非常優(yōu)異的性能：能量密度高達(dá)547/531 Wh kg?1，循環(huán)155次和189次后容量保持率分別達(dá)到79%和81%，為目前行業(yè)領(lǐng)先水平；同時(shí)抑制了電池在循環(huán)過(guò)程中的產(chǎn)氣，針刺無(wú)壓降不起火，突破了高比能電池安全性差的瓶頸。
　　
　　該研究提出的界面張力驅(qū)動(dòng)的“微乳電解液”策略，不僅突破了傳統(tǒng)電解液組分設(shè)計(jì)的限制，而且通過(guò)物理場(chǎng)驅(qū)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了高電壓條件下正負(fù)極界面的動(dòng)態(tài)協(xié)同穩(wěn)定，為實(shí)現(xiàn)電池高能量密度、高穩(wěn)定和高安全提供了新的解決方案。
　　
　　我校為該論文的第一完成單位和牽頭單位，浙江大學(xué)、上?？臻g電源研究所、鄭州大學(xué)、武漢大學(xué)、清華大學(xué)為共同完成單位。黃云輝、袁利霞以及浙江大學(xué)陸俊教授為共同通訊作者，材料學(xué)院博士生紀(jì)海錦和向經(jīng)緯、上?？臻g電源研究所研究員李永、浙江大學(xué)博士后鄭夢(mèng)婷為共同第一作者。黃云輝領(lǐng)銜的動(dòng)力與儲(chǔ)能電池團(tuán)隊(duì)長(zhǎng)期致力于高比能高安全鋰電池領(lǐng)域的研究，該工作從提出到完成歷時(shí)5年，這也是該團(tuán)隊(duì)繼與同濟(jì)大學(xué)等合作提出金屬鋰負(fù)極疲勞失效新機(jī)制（Science, 2025, 388, 311-316），時(shí)隔3個(gè)月后發(fā)表的又一重要成果。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和湖北省自然科學(xué)基金的資助。
　　
　　為勇毅前行、精益求精的
　　
　　華科人喝彩！
　　
　　華中科技大學(xué)（ihuster）
　　
　　來(lái)源 / 材料學(xué)院