1月26日，记者从中国科学技术大学获悉，该校任晓迪教授团队在实用化高比能锂金属电池的超快充电领域取得重要突破。研究团队自主研发新成果，在国际上首次实现工业级锂金属软包电池（400 Wh kg-1）的4 C超快充放电稳定运行（<15分钟充电100%，<10分钟充电80%）。该研究成果于1月23日在线发表在《自然·能源》期刊，为高能量密度电池极端工况下电解液设计提供了全新的分子工程思路。
锂金属具有极高的理论比容量和最低的电极电势，是下一代高能量密度电池体系的理想负极。然而，在快充条件下，锂枝晶生长造成的电池内短路问题严重制约了其实际应用。目前，现有电解液工程通过优化锂负极固体电解质界相或提升锂离子传导的方法，均难以解决严苛工况条件下超快充电的技术瓶颈。
实用化锂金属软包电池的超快充性能
针对上述问题，研究团队深入剖析了超快充条件下锂金属沉积机制，打破了界面反应由离子脱溶剂化和固态电解质界相主导的传统认识，提出了基于溶剂化结构空间电子分布的电解液设计新策略。团队通过理论计算设计和筛选了不同的溶剂分子结构，发现新型醚类分子MTP的孤对电子轨道与锂离子配位时呈现共平面对齐的独特结构，这与传统溶剂形成的空间错位电子结构存在显著差异，该特性进一步得到单晶衍射分析及多谱学表征结果的证实。
相关人员介绍，这种共平面对齐的溶剂化空间电子构型有利于与锂离子的空轨道形成强电子耦合，促进了电极界面反应中电子向锂离子的高效转移，从而实现了电解液离子传导速度与界面电子转移动力学的协同提升。因此，在高电流密度下，MTP电解液实现了锂金属的均匀沉积，抑制不可控的锂枝晶生长，显著延长了超快充锂金属电池的循环寿命。
记者 魏鑫鑫
编辑 陶娜