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千沐共晶凝膠電解質成果發(fā)表國際頂刊《Advanced Science》

近日，千沐創(chuàng)始人張嘉恒團隊將高穩(wěn)定性共晶凝膠電解質相關研究成果發(fā)表在《Advanced Science》（影響因子：17.521），其中千沐首席技術官吳萬寶博士為第一作者。

千沐新能源一直致力于電化學材料科學領域研究，以超分子技術為核心，搭建技術體系；基于材料基因組學，結合大數(shù)據(jù)，將高通量計算和高通量實驗技術應用在新能源材料開發(fā)領域。千沐現(xiàn)已實現(xiàn)了百余種超分子共晶產(chǎn)品的開發(fā)，研究團隊發(fā)表了200多篇高水平SCI論文，申請了20余項核心技術專利。

研究背景

高壓電極面臨挑戰(zhàn)

隨著智能和信息技術的快速發(fā)展，便攜式電子產(chǎn)品對智能化、輕量化和延長周期壽命的提出更高的需求。這些特性要求鋰離子電池具有更高的體積能量密度。實現(xiàn)這一目標的最有希望的方法是增加陰極/陽極容量或增加工作電壓。通過增加LCO陰極的截止電壓至4.5 V，電極容量可以增加到180 mAhg?1，然而，當截止電壓超過4.5 V時，陰極表面會發(fā)生結構坍塌和有害的界面反應，導致電池容量的快速衰減。因此，建立一種高度穩(wěn)定的陰極-電解質間相（CEI）對于提高高壓LCO陰極的性能至關重要。

共晶凝膠電解質的優(yōu)勢

可燃性的商用碳酸酯電解質仍然面臨安全性問題的挑戰(zhàn)。共晶電解質具有高安全性、高熱穩(wěn)定性和不可燃性。此外，聚合物凝膠電解質由于與鋰金屬陽極良好的界面接觸、高導電性和有效抑制鋰枝晶生長而受到越來越多的關注。聚合物基質與共晶電解質的結合為實現(xiàn)高安全性、高能量密度的金屬鋰電池提供了一種新的策略。

創(chuàng)新點

通過將不易燃的共晶電解質限制在聚合物基質中，開發(fā)出了一種新型共晶凝膠電解質，推動了鋰金屬電池的未來應用和 LCO 正極的高壓應用。

（一）共晶凝膠電解質能與富含無機物的 LiF 和 Li3N 構建穩(wěn)固的固體電解質相（SEI），有助于鋰的均勻沉積。此外，原位形成的保護層還能減緩 LCO 陰極與電解質之間嚴重的界面副反應；

（二）在 4.45 V 的高充電電壓下，LCO||Li 全電池可在 1500 個循環(huán)后保持 72.5% 的容量，每個循環(huán)的衰減率僅為 0.018%；

（三）設計良好的共晶凝膠電解質甚至可以使 LCO 在 4.6 V 的超高截止電壓下穩(wěn)定運行。

主要內(nèi)容

該工作設計了開發(fā)了一種共晶凝膠電解質，將共晶電解質封裝在聚合物基質中，從而增強了與鋰金屬陽極的界面穩(wěn)定性，實現(xiàn)了長期穩(wěn)定的鋰剝離和沉積。

圖 1 a) 共晶凝膠電解質的光學照片和厚度 b) 共晶凝膠電解質的 SEM 圖像 c) PVDF-HFP、P-IL 和 PP-IL 膜的 XRD 圖 d) 共晶電解質和商用電解質的可燃性測試 e) 商用電解質、共晶電解質和 PP-IL 膜的 TGA。e) 商業(yè)電解液、共晶電解液和 PP-IL 膜的熱重分析。f) Li/共晶凝膠電解液/Li對稱電池在 5 mV 直流電壓下的電流-時間曲線。g) 共晶電解液和共晶凝膠電解液的 LSV 圖。

圖 2 a) 采用不同電解質的 LCO||Li 電池在 3.0-4.45 V 和 0.5C 下的循環(huán)性能。使用不同電解質的鋰離子電池在選定循環(huán)條件下的恒流充放電曲線：b) 商用電解質；c) 共晶電解質；d) 共晶凝膠電解質；e) 使用不同電解質的鋰離子電池在 3.0-4.6 V 和 0.5C 條件下的循環(huán)性能。f) 商用電解液、g) 共晶電解液和 h) 共晶凝膠電解液在第五個循環(huán)和第 100 個循環(huán)的歸一化充放電曲線。

圖4 a) 商用電解液和 b) 共晶凝膠電解液中，3.0 至 4.6 V 之間 LCO||Li 電池前五個循環(huán)的線性循環(huán)伏安曲線。c) 商用電解質和 d) 共晶凝膠電解質中 3.0 至 4.6 V 的 LCO||Li 第一個循環(huán)的原位 XRD 曲線。e) 商用電解質和共晶凝膠電解質中不同循環(huán)下 LCO 陰極的 XRD 圖譜。f) 不同電解質中十個循環(huán)后 LCO 陰極的拉曼圖譜。 

未來規(guī)劃

整個化學領域，只要有分子存在的地方，都有超分子技術去應用的空間，這也是千沐的主戰(zhàn)場。千沐研究團隊以超分子材料為核心發(fā)表多篇高水平論文，成果布局共晶電解質、凝膠電解質、電極制備、鋰電回收等多個領域。以扎實的研究成果為基礎，實現(xiàn)產(chǎn)學研轉化，落地共晶添加劑、共晶共溶劑、共晶電解質及共晶凝聚態(tài)等系列產(chǎn)品，可以適用于消費、動力、儲能等多種應用場景，具有優(yōu)異的電化學性能，循環(huán)壽命長，能量密度高。

未來，千沐將整合電池電解質領域資源，積極推動電解質產(chǎn)業(yè)拓展和前沿技術研發(fā)，加快產(chǎn)品更新迭代速度，實現(xiàn)全國規(guī)模推廣，致力于成為電解質行業(yè)先鋒，助力電解質行業(yè)開拓新藍海。