锂金属电池在提升能量密度方面更有优势吗？

随着电动汽车和移动电子设备的蓬勃发展，对提供动力动力的锂离子电池的能量密度提出了更高的要求。根据刺进式原理的锂离子电池的能量密度已接近其上限能量密度，提升空间很小。相比较而言，以锂为负极的锂金属电池在提升能量密度方面有着无与伦比的优势。但是，根据传统液态电解液的锂金属电池存在SEI重复决裂和生成、锂负极体积胀大、锂枝晶生长、死晶等导致的库仑功率低、电池阻抗增加和安全性问题等诸多挑战，所有这些约束了高性能锂金属电池的快速发展。

近日，依托中国科学院青岛生物动力与过程研讨所建设的青岛储能工业技能研讨院（以下简称青岛储能院）为处理锂金属电池存在的上述关键瓶颈问题，以聚合物电解质作为核心突破点，从三个方面系统探究处理方案：（一）大阴离子锂盐对锂负极的维护；（二）构建人工有机/无机复合界面膜（SEI）；（三）统筹耐高电压和锂负极维护的多功能聚合物电解质的开发，系列创新性研讨工作关于促进高性能锂金属电池的发展起到了严重的推进和引领效果。

为从锂盐视点处理锂枝晶问题，青岛储能院的研讨人员规划并合成了一种新式具有大阴离子结构的全氟叔丁氧基三氟硼酸锂（LiTFPFB），该新式锂盐保留了LiBF4阴离子的主体结构，一方面能够进步其对铝集流体的安稳性；另一方面大阴离子的存在能够原位形成锂负极维护膜从而提升锂金属电池的电化学性能。研讨发现：该锂盐的离子电导率明显高于LiBF4，且对铝集流体有较好的安稳性，能够在锂金属负极形成一层维护膜来有用按捺锂金属与电解液的进一步反应，从而有用维护锂负极。相关成果作为Backcover文章发表在世界杂志Chem.Sci.上（Chem.Sci.,2018,9,3451-3458）。

为处理高电压（4.45V）钴酸锂/锂金属电池存在的正极固态电解质界面（CEI）不安稳，在高电位下界面处容易发生电化学氧化副反应，以及大电流大容量时锂负极存在的锂枝晶等问题，青岛储能院在刚柔并济聚合物电解质规划理念的指引下（Small,2018.DOI:10.1002/smll.201800821;Adv.Sci.,2018,5,700503），以细菌纤维素作为刚性骨架支撑资料，制备出聚乙烯基甲醚-马来酸酐多功能聚合物电解质（Energ.Environ.Sci.,2018,11:1197-1203）。试验结果表明：该聚合物电解质能够兼具安稳正极界面和维护锂负极的多功能效果，从而协同提升了4.45V钴酸锂/锂金属电池的长循环安稳性。与此同时，该文具体阐明了聚乙烯基甲醚-马来酸酐聚合物电解质的多功能效果机制（图1b）。由于在高电压钴酸锂/锂金属电池方面的系列工作，研讨人员应邀为Chem.Soc.Rev撰写题为Revivinglithiumcobaltoxide-basedlithiumsecondarybatteries-towardhigherenergydensity的综述（Chem.Soc.Rev.,2018,DOI:10.1039/C8CS00322J），具体论说了高能量密度钴酸锂电池的相关研讨进展、面临挑战以及未来机遇和发展方向。

相关系列研讨获得了国家自然科学基金杰出青年科学基金、国家重点研发方案、中科院纳米先导专项、山东省自然科学基金、青岛市储能行业科学研讨智库联合基金和青岛动力所一三五项目等的大力资助。