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郭玉國/辛森AFM：先進(jìn)電解質(zhì)使可充鋰金屬電池安全穩(wěn)定：進(jìn)展與前景

當(dāng)使用碳酸酯電解液時(shí)，可充鋰金屬電池(RLBs)可以提高能量，但循環(huán)穩(wěn)定性和安全性較差。為獲得穩(wěn)定、安全的電池，研究和開發(fā)用于RLB的電解液已經(jīng)投入了無數(shù)的努力。然而，只有少數(shù)現(xiàn)有電解液滿足實(shí)際RLBs的要求。

中科院化學(xué)所郭玉國、辛森等人總結(jié)了有機(jī)液態(tài)電解液在RLBs應(yīng)用中的挑戰(zhàn)，并提出了實(shí)用RLBs對電解質(zhì)的要求。

該觀點(diǎn)簡要回顧了最近用于 RLBs 的電解質(zhì)（液態(tài)和固態(tài)）的成就，并分析了每種電解質(zhì)的相應(yīng)缺點(diǎn)。此外，還提出了各種電解質(zhì)現(xiàn)有缺點(diǎn)的可能解決方案。

特別是，該觀點(diǎn)概述了原位凝膠電解質(zhì)的發(fā)展戰(zhàn)略，同時(shí)呼吁人們使用軟包電池來評估性能，并更加重視電池安全研究。這一觀點(diǎn)旨在闡明RLBs電解質(zhì)面臨的挑戰(zhàn)和可能的研究方向，以更好地推廣實(shí)用RLBs。

從第一代以有機(jī)碳酸酯溶劑為基礎(chǔ)的鋰金屬商用電解液開始，科學(xué)家們在電解液添加劑、鋰鹽、新型溶劑等方面進(jìn)行了大量探索。近年來，（局部）高鹽濃度電解液、雙鹽體系、全氟溶劑等策略在基于液態(tài)電解液的鋰金屬電池的循環(huán)性能方面取得了重大進(jìn)展。同時(shí)，各種固態(tài)（復(fù)合）電解質(zhì)的發(fā)展抑制了枝晶生長，提高了電池的安全性。

圖1 RLBs有機(jī)液態(tài)電解液的挑戰(zhàn)

此外，具有高Li⁺電導(dǎo)率和良好加工性的液體-聚合物雜化電解質(zhì)也顯示出特殊的應(yīng)用前景，尤其是與阻燃劑、無機(jī)陶瓷等成分結(jié)合使用時(shí)。為獲得實(shí)用RLBs的穩(wěn)定和安全循環(huán)，電解質(zhì)需要在寬溫度范圍內(nèi)具有高離子電導(dǎo)率 (>10^-3 S cm^-1)。

同時(shí)，電解質(zhì)需要具有適度的機(jī)械性能（楊氏模量 > 7.98-10.64 GPa），以在不犧牲其加工性能的情況下抑制鋰枝晶的刺穿。電解質(zhì)的不可燃性也將進(jìn)一步提高電池的整體安全性。在短期內(nèi)，基于原位聚合的液體-聚合物雜化電解質(zhì)可能是實(shí)際應(yīng)用的折衷選擇。當(dāng)然，聚合反應(yīng)的可控性、電池一致性等問題仍需解決。

圖2 對RLBs中電解質(zhì)的要求

Advanced Electrolytes Enabling Safe and Stable Rechargeable Li-Metal Batteries: Progress and Prospects. Advanced Functional Materials 2021. DOI: 10.1002/adfm.202105253

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