现有的使用石墨阳极和插层型氧化物阴极的锂离子电池(LIB)的能量密度已接近理论极限(350 W h /kg)。但是,锂金属阳极的商业化面临重大挑战,包括:(i)由于易燃电解质中锂枝晶生长不受控制而导致的严重安全风险和电池失效;(ii)与锂金属和电解质之间持续不可逆的反应有关的日历寿命短;(iii)由于反复进行镀覆/剥离而导致的固体-电解质界面(SEI)无限变形,导致库仑效率(CE)低;(iv)由于氧化还原阴极释放的反应性物质的损害而导致性能下降。近年来,市场上出现了高能锂金属电池对替代现有锂离子电池的强烈需求。然而,在易燃有机液体电解质中涉及反应性极强的锂金属阳极的电池化学性质在电池性能和安全性方面提出了严重的问题。大连理工大学王治宇教授与北京化工大学邱介山教授团队报告了在准固态可充电电池设计中实现高能量和卓越安全性的方法,这种方法的原理是基于凝胶介电质电解质中Li2S阴极和Si阳极之间的无锂金属稳定氧化还原化学,其具有良好的界面特性、离子电导率和健壮性。相关论文以题A quasi-solid-state rechargeable cell with high energy and superior safety enabled by stable redox chemistry of Li2S in gel electrolyte发表在顶刊Energy Environ. Sci.。论文链接:https://pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2021/EE/D0EE03037F
通过消除电池中不受控制的放热链反应,即使是在极端条件下,这种化学作用也可确保本质上较高的安全性。另一方面,设计了纳米空间限制的双功能电催化吸附剂,以最大程度地减小Li2S阴极在凝胶电解质中的扩散限制,同时通过多层空心设计来增强Si阳极。所获得的准固态可充电Li2S || Si全电池在-20至60℃的温度下具有高达802 W h/kgLi2S + Si的高比能,且具有高耐久性、低自放电性和良好的温度适应性。同时,电池对机械损坏,过热以及空气或水中的短路表现出极好的安全性,为实际使用提供了很高的可靠性。