清华大学刘凯，继Nature Energy后，再发EES！

顶刊收割机 · 公众号 · · 2025-01-02 08:18

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在锂金属电池（LMB）中采用锂金属作为阳极材料为突破传统锂离子电池（LIB）的能量密度极限提供了一条变革性途径。然而，锂金属与传统的碳酸酯基电解质的集成面临着一系列挑战，例如固体电解质界面（SEI）和阴极电解质界面（CEI）在高电压和高倍率下的不稳定性。

为解决这些问题，2024年12月26日，清华大学 刘凯副教授 在 Energy & Environmental Science 发表题为《Molecular Design of Electrolyte Additives for High-Voltage Fast-Charging Lithium Metal Batteries》的研究论文。

通过密度泛函理论（DFT）、分子动力学（MD）模拟和电化学评估的结合，作者表明VSF能够促进薄、均匀、富含无机物的界面层的形成，从而增强锂离子运输并减轻在高能LMB中通常观察到的降解。

全电池和软包电池的循环实验表明，VSF显著提高了循环稳定性和倍率性能，尤其是在极端条件下。这些发现突显了VSF作为一种有前途的添加剂，有助于推动高性能LMB的商业化发展。

图1：不同添加剂下电池的性能

图2：VSF对锂金属阳极在BE和VSF增强电解质中的性能和稳定性的影响

图3：关于VSF与溶剂化结构和界面层相互作用的计算

图4：不同Li/NMC811电池在极端循环条件下的性能

图5：不同添加剂（VSF、ESF、MVS）对电池性能和界面组成的影响

综上，该研究成功设计并测试了一种新型双功能添加剂VSF，通过在锂金属阳极和高镍NCM811阴极上形成保护性界面层，显著提高了锂金属电池在高压和高倍率条件下的性能。

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