上海科技大学刘巍助理教授课题组开发出智能自修复聚合物稳定的锂金属电池

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上海科技大学物质学院刘巍助理教授课题组在高比能、高安全的锂金属电池构建方面取得重要进展。北京时间2019年3月1日，相关成果以“High-rate and large-capacity lithium metal anode enabled by volume conformal and self-healable composite polymer electrolyte”为题，在Wiley旗下国际知名期刊Advanced Science上在线发表。

锂离子电池作为能源存储器件已经在便携式电子产品上普及，正被逐步应用于交通运输以及智能电网储能等方面。然而传统锂电池的续航能力（能量密度）已不能满足当前的实际需求，同时人们也对电池的安全性和使用寿命提出了更高的要求。金属锂具有超高的理论比容量（3860 mAh g-1）和最低的电化学势（-3.040V），是锂电池材料中的“圣杯”，以锂金属作电池负极将会很大程度上提高电池的能量密度。然而，锂金属表面易生长树枝状的枝晶，能够刺穿电池隔膜导致电池造短路甚至引发爆炸，抑制锂枝晶生长是利用金属锂实现高能量密度锂金属电池商业应用的技术难题。

刘巍助理教授课题组提出利用具有自修复功能的复合半固态电解质来稳定锂金属负极的策略。该复合半固态电解质由自修复聚合物、导锂陶瓷粉体和电解液组成。自修复聚合物具有受到损伤能够自修复的功能：若有枝晶生长刺穿电解质产生裂纹，裂纹会快速自愈合，从而可以很大程度上延长电池的循环使用寿命；自修复聚合物还具有较强的粘弹性，可紧紧粘附在锂金属表面，促进表面锂离子通量均匀化并抑制锂枝晶的生长。导锂陶瓷粉体的添加主要用于提高复合电解质材料的机械性能，电解液的添加可以提高复合电解质的离子电导率并降低电解质和电极的界面阻抗。实验结果表明，该复合半固态电解质可以有效抑制锂枝晶的生长，大幅度提高锂金属电池的倍率性能和循环寿命。该工作为下一代锂金属电池的发展提供了新的研究策略，将推动其快速发展以及大规模应用。

自修复电解质与锂金属负极的作用机制示意图

论文第一作者是刘巍助理教授课题组博士后夏水鑫，刘巍助理教授为通讯作者，上科大为第一完成单位。该研究项目得到了上科大启动经费、国家自然科学基金青年基金和上海市扬帆计划等人才支持计划的资助。同时感谢上科大物质学院分析测试中心和电镜中心老师们的大力支持。研究过程中得到了美国斯坦福大学崔屹教授、鲍哲南教授以及JeffreyLopez博士的热心帮助；研究中用到的自修复聚合物来自美国斯坦福大学的鲍哲南教授课题组的馈赠支持。

文章链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201802353

来源：上科大物质学院

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