清华大学刘凯、陈翔合作EES：在极端高温锂电池电解质领域取得重要进展

高分子科学前沿 · 公众号 · 化学 · 2025-01-21 07:57

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在储能设备日益复杂的应用场景和全球频繁发生的极端高温气候条件下，使用有机液体电解液的锂金属电池在高温场景下（>60℃）极易发生失效，包括副反应加剧、电极-电解质界面层破裂、正极材料损坏等，且低沸点有机溶剂的挥发性和易燃性严重增加了安全风险，因此亟需为锂电池量身定制先进的高温电解质。

清华大学化工系副教授刘凯和副研究员陈翔合作，报道了一种具有高固有热稳定性和电化学稳定性的无溶剂熔融盐电解质，由碱金属阳离子和氟化磺酰亚胺阴离子组成，表现出优异的锂离子传输动力学，包括低活化能、高锂离子电导率和高迁移数，揭示了强的阳离子-阳离子（Li⁺-Cs⁺）协同效应促进了锂离子在熔融盐电解质中的扩散行为，可满足高温锂金属的应用需求。

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图1.一种用于高温锂金属电池的无溶剂熔融盐电解质，具有增强的Li+传输动力学。阳离子协同效应和富含无机的固态电解质界面赋予了其快充性能和长期循环稳定性。

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图2.使用熔盐电解质的锂金属电池的电化学性能

在80℃高温条件下，应用该熔融盐电解质的锂-铜（Li-Cu）电池在500圈内实现了98.8%的库仑效率，锂金属半电池在10℃下仍能释放出超过100 mAh g−1的容量，锂金属全电池循环280圈后，容量保持率75%，该工作为下一代高温电池的先进电解质设计提供了新的见解。

相关研究成果以“锂金属电池的具有高固有热稳定性和电化学稳定性的无溶剂熔融盐电解质”（Molten salt electrolytes with enhanced Li+-transport kinetics for fast-cycling of high-temperature lithium metal batteries）为题，于1月7日发表于《能源与环境科学》（Energy & Environmental Science）。

清华大学化工系2020级博士生闫帅帅、姚楠为论文第一作者。刘凯和陈翔为论文通讯作者，合作者还包括化工系教授张强等。研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的支持。