近日，我校化学学院的郑奇峰/蔡跃鹏团队在锂电池电解液领域取得了重要研究进展，相关成果以“An Amphiphilic Molecule-Regulated Core-Shell-Solvation Electrolyte for Li-Metal Batteries at Ultra-Low Temperature”为题，发表在化学顶级期刊《Angewandte Chemie》上 (Angew. Chem. Int. Ed. 2023, e202218151, DOI: 10.1002/anie.202218151)。我校是该论文的唯一通讯单位，论文第一作者为我校硕士研究生石俊凯同学和徐超副研究员，通讯作者为郑奇峰研究员、蔡跃鹏教授和丁奎博士后。
锂金属电池具有更高的能量密度，但金属锂存在热力学不稳定，与电解液界面兼容性不足等问题。特别是在超低温环境下，由于动力学缓慢，上述问题会进一步恶化。基于此，该团队设计合成了一种新型的双亲性溶剂分子，可以诱导电解质溶液的自组装，从而形成特殊的“核-壳”溶剂化结构。这种独特的溶剂化结构不仅提高了离子电导率以允许锂离子快速传输，并降低了去溶剂化能垒使得锂在沉积前更易脱去溶剂，而且在锂金属表面构筑了一层低阻抗、高稳定性的无机SEI膜使得锂离子可以快速穿过。
使用具有这种特殊“核-壳”溶剂化结构电解液组装的Li||Cu电池，在1.0 mA cm-2的高电流密度下，从室温到−40 °C均实现了致密、平滑的锂沉积形貌以及高达98.5%以上的锂电镀/剥离效率。同时，高镍三元全电池在室温、−20 °C以及超低温（−40 °C）下，都表现出非常好的的倍率性能和循环稳定性。此外，无锂负极全电池也表现出非常优异的循环性能，在100次循环后容量保持率为87%，这是迄今为止报道的无锂负极全电池的最佳循环寿命之一。这项工作克服了长期存在的锂金属兼容性和沉积动力学方面的挑战，为调控电解液溶剂化结构提出了新的见解，为在极端条件下高能量密度锂电池电解液的设计提供了新思路。
论文的主要通讯作者郑奇峰研究员是我校2019年引进的青年拔尖人才，先后入选广东省杰出青年基金、国家优秀青年基金等人才项目。长期从事电化学储能材料方面的研究，主要研究方向为发展二次电池用电解液材料，以匹配电池高能量密度与高安全性的发展需求。近年来以第一/通讯作者在Nature Energy, Angew. Chem. Int. Ed., Nano Lett., ACS Energy Lett., Adv. Funct. Mater.等化学和能源领域的知名期刊上发表论文30余篇。主持国家、省部级等重要科研项目10余项。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202218151
作者/通讯员:郑奇峰 | 来源:化学学院 | 编辑:卢嘉裕
