中科院物理所索鎏敏团队：烷烃共溶剂实现宽温区锂金属负极高效循环

中科院物理所索鎏敏研究员团队基于金属锂在高温下与电解液副反应加剧，以及低温下锂枝晶生长严重的问题，提出向电解液中引入非极性正己烷共溶剂的策略。研究发现正己烷溶剂的引入可以极大降低电解液与金属锂的副反应，同时有效降低锂离子在低温下的去溶剂化能垒，从而实现了金属锂在宽温区下的高可逆循环性能。

锂金属具有最高比容量以及最低的电极电势，因此采用金属锂做负极的锂金属电池可以极大地提高电池的整体能量密度。然而，由于金属锂较高的反应活性以及易于长枝晶的电化学特性，导致锂金属的库伦效率一直难以达到商业化要求（＞99.9%）。此外，在高温下由于金属锂与电解液副反应加剧，通常会导致金属锂的库伦效率进一步恶化。同样在低温下由于锂离子的脱溶剂化效率的降低，导致锂枝晶生长更加严重。现阶段，无论是传统的醚类电解液还是酯类电解液，都难以实现金属锂负极在宽温区下高效的可逆循环。

最近，中科院物理所索鎏敏研究员团队，提出在醚类电解液中引入（50%体积比）非极性溶剂正己烷的策略。由于正己烷与金属锂之间本征的化学兼容性，以及其对锂离子溶剂化结构的特殊调控作用，极大地降低金属界面处的副反应，同时降低了锂离子在低温下的去溶剂化能垒。因此采用该新型电解液的金属锂电池可以实现−30~60℃宽温下＞98.75%的库伦效率。采用此类电解液的锂硫软包电池在−30~60℃温度范围内可以实现超过250 Wh/kg的质量能量密度。该研究创新性地提出采用非极性烷烃溶剂改性金属锂电池电解液，对宽温区电解液的设计以及研究具有重要的指导意义。该论文第一作者为博士后刘涛，通讯作者为索鎏敏研究员。

详见：Liu T, Feng J, Shi Z, Li H, Zhao W, Mao M, Zhu X, Hu Y, Li H, Huang X, Chen L, Suo L. Diminishing ether-oxygen content of electrolytes enables temperature-immune lithium metal batteries. Sci China Chem, 2023, DOI: 10.1007/s11426-023-1705-9.

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【通讯作者简介】

索鎏敏 研究员，博士生导师。2013年于中国科学院物理研究所获理学博士学位，曾先后在在美国马里兰大学，美国麻省理工学院从事博士后研究工作，2017年加入中国科学院物理研究所。主要从事新型二次电池体系的基础研究与开发，具体涵盖如下：（1）面向下一代储能和动力电池的新型电解液体系探索开发与基础科学问题研究。（2）本质安全的高电压水系锂离子/钠离子储能电池。（3）高能量密度金属锂基动力电池（锂-硫电池，无负极金属锂电池，全固态锂电池）。近年来发表SCI论文共计75篇，申请发表专利25项。个人主页：https://www.x-mol.com/groups/suo_liumin。

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