賓夕法尼亞州立大學(xué)的一份報(bào)告稱，研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種新的鋰離子電池構(gòu)造方法，可能為更高的能量密度，性能和電池安全性鋪平道路。

    固體電解質(zhì)界面

    在電池的鋰金屬和電解質(zhì)之間的是固體電解質(zhì)界面（SEI），多年來它一直是開發(fā)性能更好的電池的障礙。

    可再充電鋰離子電池的能量密度越來越高，因?yàn)樗鼈兊氖褂梅秶鷶U(kuò)展到各種電子設(shè)備，從手機(jī)到電動(dòng)汽車，因此SEI自然是研究人員試圖尋求嘗試的地方之一。

    “這一層非常重要，并且通過電池中鋰和電解質(zhì)之間的反應(yīng)自然形成，”賓夕法尼亞州機(jī)械和化學(xué)工程教授王東海說。“但它表現(xiàn)不佳，導(dǎo)致很多問題。”

    創(chuàng)造更好的固體電解質(zhì)界面

    當(dāng)SEI開始降級(jí)時(shí)，問題就開始了。隨著時(shí)間的推移，這導(dǎo)致在電池的鋰電極上形成枝晶，針狀生長，這逐漸抑制了它們的性能和安全性。

    “這就是為什么鋰金屬電池不會(huì)持續(xù)更長時(shí)間 - 相間增長而且不穩(wěn)定的原因，”王說。“在這個(gè)項(xiàng)目中，我們使用聚合物復(fù)合材料來創(chuàng)造更好的SEI。”

    在賓夕法尼亞州立大學(xué)化學(xué)博士生岳高的帶領(lǐng)下，工程師們制作了一種新型SEI，是一種由聚合鋰鹽，氟化鋰納米粒子和氧化石墨烯片組成的活性聚合物復(fù)合材料。

    Evan Pugh大學(xué)化學(xué)教授Thomas E. Mallouk為該項(xiàng)目提供了幫助，幫助創(chuàng)建薄層材料。

    “實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的鋰界面需要大量的分子水平控制，”Mallouk說。“悅和東海設(shè)計(jì)的聚合物能夠與鋰金屬表面形成爪狀鍵合。它以無源方式為鋰表面提供所需的能量，使其不會(huì)與電解質(zhì)中的分子發(fā)生反應(yīng)。納米片在復(fù)合材料中起到機(jī)械屏障的作用，防止樹枝狀晶體從鋰金屬中形成。“

    這是通過控制鋰的表面在單個(gè)原子和分子的水平上實(shí)現(xiàn)的，這使得項(xiàng)目成功。

    “當(dāng)我們?cè)O(shè)計(jì)電池時(shí)，我們不一定像化學(xué)家一樣思考，一直到分子水平，但這就是我們?cè)谶@里需要做的事情，”Mallouk說。

    “通過更穩(wěn)定的SEI，可以將現(xiàn)有電池的能量密度提高一倍，同時(shí)使其壽命更長，更安全。”王說。

    該研究發(fā)表在今天的“ 自然材料 ”雜志上。