宾夕法尼亚州立大学的研究人员称，利用一种新开发的固态电解质间相(SEI)，可充电金属锂电池有可能实现更高的能量密度、性能和安全性。
随着对高能量密度锂金属电池(用于电动汽车、智能手机和无人机)需求的增加，SEI的稳定性已经成为阻碍其发展的一个关键问题，因为电池锂电极表面的一层盐层将其隔离，并传导锂离子。
“这一层非常重要，是由电池中的锂和电解质之间的反应自然形成的，”机械与化学工程教授王东海表示。“但它的表现并不好，这导致了很多问题。”
作为锂金属电池中最不为人所知的组成部分之一，SEI的降解促进了树突的形成，树突是一种针状结构，从电池的锂电极生长出来，对性能和安全性产生负面影响。研究人员今天(3月11日)在《自然材料》杂志上发表了他们解决这个问题的方法。
王说:“这就是锂金属电池寿命不长的原因——相间生长，不稳定。”“在这个项目中，我们使用了聚合物复合材料来创建一个更好的SEI。”
该增强型SEI由化学博士生岳高领导，是由聚合物锂盐、氟化锂纳米颗粒和氧化石墨烯片组成的反应性聚合物复合材料。这种新型电池组件的结构有薄薄的一层这种材料，这正是埃文·普大学(Evan Pugh University)化学教授托马斯·e·马洛克(Thomas E. Mallouk)的专长所在。
马洛克说:“要实现稳定的锂界面，需要在分子水平上进行大量的控制。”岳教授和东海教授设计的聚合物与锂金属表面形成爪状键。它以一种被动的方式给了锂表面它想要的所以它不会和电解质中的分子反应。复合材料中的纳米片起到了机械屏障的作用，防止锂金属形成枝晶。”
利用化学和工程设计，各领域的合作使该技术能够在原子尺度上控制锂表面。
马洛克说:“当我们设计电池的时候，我们不一定要像化学家那样思考，一直思考到分子水平，但这就是我们需要做的。”
该活性聚合物还降低了重量和制造成本，进一步增强了金属锂电池的前景。
王说:“有了一个更稳定的SEI，就有可能将现有电池的能量密度提高一倍，同时使它们更耐用、更安全。”
美国能源部车辆技术办公室和国家科学基金会支持这项工作。
——文章发布于2019年3月11日
