近日，光電材料與技術(shù)學(xué)院碩士研究生高苑鑫和楊凱分別以第一作者在國(guó)際著名期刊《ACS Energy Letters》（IF=19.3）和《Small》（IF=13.0）發(fā)表研究論文。江漢大學(xué)為第一完成單位，指導(dǎo)老師為劉志宏教授和柴敬超副教授。
鋰離子電池因?yàn)槟芰棵芏雀?、循環(huán)壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各類(lèi)產(chǎn)品中。然而，傳統(tǒng)的鋰離子電池使用的是易揮發(fā)、閃點(diǎn)低的碳酸酯電解液，使得電池存在燃燒、漏液的風(fēng)險(xiǎn)。高苑鑫等與香港城市大學(xué)合作，利用酰胺類(lèi)化合物沸點(diǎn)高、閃點(diǎn)高的優(yōu)點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出耐高溫深共晶電解質(zhì)體系。結(jié)合碳酸乙烯亞乙酯（VEC）在鋰金屬表面優(yōu)先反應(yīng)而形成穩(wěn)定的界面層，提高鋰金屬界面穩(wěn)定性。分子動(dòng)力學(xué)模擬發(fā)現(xiàn)VEC參與了電解質(zhì)中的鋰離子的溶劑化結(jié)構(gòu)形成，促進(jìn)了VEC在正負(fù)極表面的遷移，使得VEC在鋰金屬表面發(fā)生還原反應(yīng)，形成穩(wěn)定的固態(tài)電解質(zhì)界面膜（如圖1）。最終，VEC的引入有效地提升了鋰離子電池在高溫下的循環(huán)性能，電池的容量持率大幅提升至82.3%（550次循環(huán)）。研究結(jié)果表明，酰胺基電解質(zhì)在高溫鋰金屬電池中有潛在應(yīng)用價(jià)值。相關(guān)成果以《Molecular Engineering Enabled Stable Deep Eutectic Amide-based Electrolyte for High-temperature Lithium-metal Batteries”為題發(fā)表于《ACS Energy Letter》。
圖1. 使用VEC和未使用VEC電解質(zhì)在鋰金屬表面的反應(yīng)（ACS Energy Letters）
楊凱等與中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所合作，利用高性能樹(shù)脂酚酞聚醚酮(PEK-C)和酚酞聚醚砜(PES-C)作為正極粘合劑，替代傳統(tǒng)聚偏氟乙烯（PVDF）粘結(jié)劑，成功在電解質(zhì)-電極界面構(gòu)建了正極-電解質(zhì)界面層/粘合劑復(fù)合層。聚芳醚粘合劑具有優(yōu)異粘結(jié)強(qiáng)度和超高模量，對(duì)水分耐受性高，不含氟元素對(duì)環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)?；诰鄯济颜澈蟿┑闹谱麟姌O比聚偏氟乙烯(PVDF)粘合劑電極具有更好的循環(huán)和倍率性能，而且正極-電解質(zhì)界面層/粘合劑復(fù)合層可有效緩解正極-電解質(zhì)界面處的不良副反應(yīng)（如圖2）。使用酚酞聚芳醚粘合劑的LCO電池在高截止電壓4.5V和4.6V下經(jīng)過(guò)200次和500次循環(huán)后容量保持率分別為88.92%和80.4%。相關(guān)成果以 《Exploring phenolphthalein polyarylethers as high-performance alternative binders for high-voltage cathodes in lithium-ion batteries》為題發(fā)表于《Small》。該工作為開(kāi)發(fā)新型高性能耐高電壓鋰離子電池粘合劑提供了新思路。
圖2. PVDF、PEK-C和PES-C的HOMO和LUMO特性的理論計(jì)算（Small）
兩項(xiàng)研究成果得到國(guó)家自然科學(xué)基金、江漢大學(xué)雙一流學(xué)科建設(shè)重大專(zhuān)項(xiàng)和精細(xì)爆破國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金支持。
論文鏈接：
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01328
https://doi.org/10.1002/smll.202403993
文：光電材料與技術(shù)學(xué)院
編輯：趙明
審核：江萱