西湖大學(xué)團(tuán)隊(duì)登Nature突破無(wú)負(fù)極鋰金屬電池關(guān)鍵瓶頸

【技術(shù)突破】3月18日，西湖大學(xué)王建輝團(tuán)隊(duì)在《Nature》發(fā)表成果，研制出穿梭耦合電解液，突破無(wú)負(fù)極鋰金屬電池循環(huán)短瓶頸。該電池能量密度達(dá)508Wh/kg，80%放電深度下循環(huán)超350次，死鋰占比僅 .5%，成本降低15%-25%，為量產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。

3月18日，西湖大學(xué)工學(xué)院王建輝團(tuán)隊(duì)在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》在線發(fā)表重磅科研成果，其創(chuàng)新研制的“穿梭耦合電解液”（BAFF電解液）成功突破無(wú)負(fù)極鋰金屬電池循環(huán)壽命短的關(guān)鍵瓶頸，為該類高能量密度電池的大規(guī)模量產(chǎn)奠定了核心基礎(chǔ)。

無(wú)負(fù)極鋰金屬電池并非沒有負(fù)極，而是在制造過程中舍棄傳統(tǒng)負(fù)極活性材料，僅保留銅箔作為負(fù)極集流體，這種設(shè)計(jì)大幅減輕了電池質(zhì)量與體積，兼具高能量密度、低成本和易組裝的顯著優(yōu)勢(shì)，但長(zhǎng)期以來，該類電池存在致命缺陷：電池循環(huán)壽命僅為10-150次，遠(yuǎn)低于商用鋰離子電池800次以上的循環(huán)標(biāo)準(zhǔn)。

王建輝團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“穿梭耦合電解液”通過電解液與正負(fù)電極之間的作用，產(chǎn)生積極的“化學(xué)援助”，從而在負(fù)極表面誘導(dǎo)形成一層約8納米厚、亞納米級(jí)均勻的富硼氟聚合物SEI膜，這層保護(hù)膜，既能讓鋰離子實(shí)現(xiàn)高度可逆的平面沉積與溶解，杜絕枝晶產(chǎn)生，又能適應(yīng)鋰金屬充放電時(shí)的體積膨脹收縮而不破裂。

質(zhì)譜滴定分析證實(shí)，電池長(zhǎng)循環(huán)后“死鋰”占比僅3.5%，遠(yuǎn)低于同類先進(jìn)電解液7.2%~13.2%的水平，充分驗(yàn)證了平面沉積/溶解機(jī)制的有效性。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在無(wú)集流體修飾、無(wú)外源補(bǔ)鋰的極簡(jiǎn)條件下，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)的無(wú)負(fù)極鋰金屬軟包電池能量密度達(dá)到508Wh/kg、1668Wh/L；80%放電深度下穩(wěn)定充放電循環(huán)突破350次，支持2650W/kg超高功率持續(xù)放電超過130秒，工作溫域覆蓋-40℃至60℃。同時(shí)，該電池單位瓦時(shí)成本較商用石墨基鋰離子電池降低15%~25%，具備顯著優(yōu)勢(shì)。