【InfoMat专访系列之青年科学家】中科院化学所辛森研究员：金属锂二次电池电极-电解质界面化学研究

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温馨提醒：自2022年7月26日起，InfoMat将正式收取APC（Article Processing Charge）费用，所有封面免费发表。

个人简介

辛森博士，中科院化学所分子纳米结构与纳米技术院重点实验室研究员，博士生导师。主要从事高比能金属二次电池储能电化学相关研究。作为项目（课题）负责人承担国家海外高层次人才引进计划青年项目、科技部国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目等。发表专著论文3篇，SCI期刊论文>130篇，其中第一作者（含共同一作）和通讯作者论文50余篇，发表在Science、Natl. Sci. Rev.、Acc. Chem. Res.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem.、Sci. China Chem.等期刊上，论文总被引>19,000次，h指数为69，2019-2021年度连续三年入选科睿唯安“全球高被引科学家”。申请PCT国际专利4项和中国发明专利10余项，并在中国、日本、美国等多个国家获得授权。兼任IEEE PES中国区储能技术委员会理事，OAE出版社《Energy Materials》期刊副主编，以及《中国科学：化学》、《中国化学快报》、《InfoMat》、《Energies》、《Battery Energy》、《Carbon Neutralization》等期刊编委、青年编委和客座编辑。获中国化学会青年化学奖、中国电化学青年奖、中国化学会青委会菁青化学新锐奖等学术奖项。

聚焦高比能二次电池

能否请您简要介绍一下您本人和您课题组目前主要研究工作？

我博士毕业于中科院化学所分子纳米结构与纳米技术重点实验室，导师是郭玉国研究员。博士毕业后在合肥工业大学化学与化工学院做过两年教学科研工作，之后赴美国德州大学奥斯汀分校做博士后研究，2019年回到中科院化学所开展独立科研工作。我的研究工作聚焦高比能二次电池体系，包括金属硫基电池、固态金属锂电池等，主要涉及电极和电解质材料的制备与结构优化、电极-电解质界面化学和储能电化学机理研究。近期，也针对新型的二次电池体系，比如快充锂离子电池、水系电池等新体系的储能电化学进行研究。

您认为下一代能源存储器件的发展趋势是什么呢？团队将继续在该领域开展哪些研究呢？ 

能量密度、功率密度、循环寿命和安全性是目前能源存储器件重点关注的几个性能指标。伴随电动汽车、消费电子、规模储能、航空航天、国防安全等领域的快速发展以及我国能源结构转型，现有的锂离子电池体系已不能满足电化学储能应用对电池能量密度、安全性和稳定性的需求，而固态电池是提升能量密度、安全性和稳定性的有效手段。对于锂二次电池而言，固体电解质的使用有望搭配金属锂负极而实现更高的能量密度，并能显著提高工况条件下电极-电解质界面稳定性，避免漏液和热失控，实现更安全的电池。基于上述原因，我认为下一代电化学储能器件的发展趋势是固态金属锂电池。目前，固态锂电池仍有较多关键科学问题有待解决，例如固-固界面接触保持和电荷转移，电解质的（电）化学稳定性，正极兼容性，负极亲锂调控、析锂控制和枝晶预防等。针对上述问题，我们团队近年来围绕固态电池科学原理及关键材料积累了一定的研究经验，发展了电解质原位梯度固化、有机-无机复合电解质流延涂覆、高比能无锂正极等关键技术。未来我们还将继续在实用化电池体系中探索更合理的固体电解质结构设计，优化固态电池的电化学性能并研究其热安全行为、失效原理与界面强化策略，与固态电池研究领域内的其他科研人员分享成果，共同推进固态金属锂电池的产业化。

二次电池之商业化道路

站在科研人员的角度，您认为二次电池在商业化道路上面临的主要困境是什么？科研人员应当集中精力解决哪些实际问题呢？

个人认为目前金属锂二次电池在商业化道路上面临的主要困境还是电池的安全性以及成本控制问题。电池的能量密度不断提高，意味着在相同的空间内放入更多的活性锂，对于锂电池的安全工作是巨大挑战。即使是采用固体电解质的固态电池，在应用金属锂负极时仍未彻底解决枝晶引发的失效和短路问题，高镍三元正极材料在高电压工作时的结构失稳和析氧问题，以及主流电解质材料（包括固体电解质）与金属锂在高温下的高反应性均可能加剧电池的热失控。此外，我国的锂资源储量有限且分布不均，近年来对锂电池储能技术，特别是车用动力电池的需求大增，已导致原材料碳酸锂价格持续上涨，对锂电池储能的经济可持续性构成制约。解决高比能电池的安全性问题，需要对电解质和电芯结构进行优化设计，例如我们近期的工作中，通过在聚碳酸酯固体电解质中原位封装阻燃磷酸酯小分子，制备出的固液混合电解质在具备高室温Li+电导率和宽电化学窗口的基础上，还具备优异的阻燃性能，基于该电解质的Ah级准固态金属锂电池顺利通过第三方认证的针刺测试。解决锂电池的资源可持续性问题需要多方配合，比如大力发展盐湖提锂技术和退役锂电池绿色回收技术等。钠离子电池储能技术作为锂离子储能的替代方案，可缓解对锂资源的需求，在面向电网的大规模电化学储能领域有良好的应用前景。最近我们联合北京理工大学高洪才教授团队在InfoMat上发表了关于钠离子电池普鲁士蓝正极材料的综述文章，对普鲁士蓝的电化学储能机制及其性能的影响因素，以及在低成本长寿命钠离子电池中应用进行了展望。

助力国产期刊成长

作为InfoMat的青年编委，请您评价期刊创刊以来的表现。

InfoMat创刊三年多来，已充分展示其在材料科学研究领域内的学术影响力。其已发表的研究工作涵盖储能领域内包括锂离子电池、钠离子电池、固态电池、水系电池在内的多项研究热点，于2021年获得的首个影响因子，位列其所在的材料学多学科的前5%。就本人自身的投稿经历来看，期刊审稿速度快，责任编辑处理效率极高，这充分说明InfoMat已受到同行的广泛关注和认可，并拥有一流的编辑团队，因此我充分相信InfoMat是非常有潜力的学术期刊，并将在未来取得更大成就。

请您谈一谈目前国产期刊的迅速发展，对推动全球科技发展的意义。

国产期刊的迅速发展，反映的其实是近几年国内科研实力的显著提升和科研工作者学术自信的不断增长。我读研究生的时候，国产期刊受关注程度不高，好的工作总是优先投往国外期刊。随着这几年中国科研的迅速崛起，高水平的研究工作层出不穷，我们也终于有了底气将论文写到祖国大地上，国产优秀学术期刊也迎来了快速发展的黄金期，对于提升我国的学术影响力给出了积极的信号。科学是没有国界的，相信经过一段时间的学术沉淀，越来越多的国外知名学者和团队也会选择国产期刊作为发表他们前沿研究成果的平台，这对于提升我国在世界科技领域内的话语权，实现科技引领，推动全球科技紧密合作与协同发展是非常重要的。

良师寄语

送给期刊

衷心感谢InfoMat期刊提供了具有国际影响力的高水平学术交流平台，未来愿与期刊一同成长，贡献更高质量的研究成果。

谨以此句致敬一起奋斗的朋友们：

“Some of us are turtles; we crawl and struggle along, and we haven’t maybe figured it out by the time we’re 30. But the turtles have to keep on walking.”——John B. Goodenough, 2019 Nobel Laureate in Chemistry

“我们有些人就像是乌龟，走得慢，一路挣扎，到了而立之年还找不到出路。但乌龟知道，他必须走下去。”——约翰·古迪纳夫，2019年诺贝尔化学奖得主

辛森研究员文章推荐

Prussian-blue materials: Revealing new opportunities for rechargeable batteries

Qianchen Wang, Jingbo Li, Haibo Jin, Sen Xin*, Hongcai Gao*

DOI: 10.1002/inf2.12311

Citation: InfoMat, 2022, 4(6), e12311

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