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近日，深圳市天沐新能源有限公司（以下簡(jiǎn)稱“天沐”）創(chuàng)始人、哈爾濱工業(yè)大學(xué)索維奇智能新材料諾獎(jiǎng)實(shí)驗(yàn)室張嘉恒教授在共晶電解液領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果發(fā)表在《Advanced Energy Materials》、《ACS Nano》、《Nano-Micro Letters》和《Small》等國(guó)際頂級(jí)期刊雜志上。

鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用于人類生活的方方面面，如電動(dòng)汽車，便攜式電子產(chǎn)品和電網(wǎng)儲(chǔ)能站等。隨著社會(huì)的迅速發(fā)展，人們對(duì)電池能量密度的要求越來(lái)越高。然而基于石墨陽(yáng)極（理論容量372 mAh g-1）的傳統(tǒng)鋰離子電池很難滿足越來(lái)越高能量密度的需求。因此需要開發(fā)新的電池化學(xué)成分，現(xiàn)在人們普遍認(rèn)為鋰金屬電池有希望能解決人們?cè)谀芰棵芏确矫娴慕箲]，因?yàn)殇嚱饘倬哂凶畹偷难趸€原電位（與標(biāo)準(zhǔn)氫電極相比為-3.04 V）和高的理論容量（3860 mAh g-1）。但鋰金屬電池中鋰枝晶的生長(zhǎng)和不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面層阻礙了高能量密度鋰金屬電池的發(fā)展。同時(shí)，目前使用的大部分商用有機(jī)碳酸酯電解液存在低的熱穩(wěn)定性和易燃性，是鋰離子電池自燃甚至爆炸的主要原因。因此，設(shè)計(jì)開發(fā)同時(shí)具有不可燃和抑制鋰枝晶生長(zhǎng)的新型電解液迫在眉睫，以促進(jìn)下一代高安全性和高能量密度鋰金屬電池的發(fā)展。天沐團(tuán)隊(duì)針對(duì)目前電解液痛點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行了相應(yīng)的研發(fā)工作，具體如下：

01 引入硝酸鋰

硝酸鋰被廣泛應(yīng)用為電解質(zhì)的添加劑用于調(diào)節(jié)固態(tài)電解質(zhì)界面膜，但其在鋰金屬電池中的應(yīng)用被傳統(tǒng)碳酸酯電解液的極低溶解度所限制。張嘉恒教授團(tuán)隊(duì)利用共晶分子中的強(qiáng)相互作用力提高了硝酸鋰在共晶電解液中的溶解度，組成不可燃的安全電解液（圖1）。同時(shí)應(yīng)用于多種高能量密度的三元正極鋰金屬電池中抑制了鋰枝晶的生成并展示出了長(zhǎng)效穩(wěn)定的循環(huán)性能。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊雜志《Advanced Energy Materials》（影響因子29.70）上，哈工大博士研究生梁一紅和哈工大博士研究生、天沐聯(lián)合創(chuàng)始人、天沐首席研發(fā)吳萬(wàn)寶為該論文共同一作。

02 開發(fā)高安全性共晶電解液

共晶電解液雖然具有高熱穩(wěn)定和不可燃性，但仍然存在高粘度，與鋰金屬兼容性差的問(wèn)題。張嘉恒教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)開發(fā)了一種不可燃共晶電解液，同時(shí)引入氟化醚作為共溶劑，降低電解液粘度，提高電解液與鋰金屬的相容性。這種安全電解液有利于球形鋰的沉積，無(wú)枝晶生長(zhǎng)（圖2）；應(yīng)用于以磷酸鐵鋰和錳酸鋰作為正極的鋰金屬電池時(shí)，可以在室溫和60℃高溫下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的循環(huán)性能。該研究為共晶電解液在鋰金屬電池中的發(fā)展提供了一個(gè)新的視角。相關(guān)研究成果發(fā)表于國(guó)際頂級(jí)期刊雜志《Nano-Micro Letters》（影響因子23.66）上，哈工大博士研究生、天沐聯(lián)合創(chuàng)始人、天沐首席研發(fā)吳萬(wàn)寶為該論文第一作者。

03 開發(fā)三元共晶電解液提供新思路

盡管共晶電解液有很多優(yōu)點(diǎn)，但高粘度和低離子電導(dǎo)率是限制其在電化學(xué)儲(chǔ)能領(lǐng)域應(yīng)用的主要問(wèn)題。張嘉恒教授團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種不可燃三元共晶電解液，提出了 “競(jìng)爭(zhēng)性溶劑化”機(jī)制，降低電解液粘度，提高共晶電解液的電導(dǎo)率和穩(wěn)定性（圖3）。受益于三元共晶電解質(zhì)的優(yōu)勢(shì)特性，即使在高電流密度、低溫和高溫等苛刻條件下，組裝的電池仍然表現(xiàn)出卓越的循環(huán)性能和高的庫(kù)侖效率。這項(xiàng)研究為理解和設(shè)計(jì)鋰金屬電池和類似的鈉/鉀金屬電池的更好的電解液提供了見解。相關(guān)研究成果發(fā)表在國(guó)際頂級(jí)期刊《ACS Nano》（影響因子18.03）上。哈工大博士研究生、天沐聯(lián)合創(chuàng)始人、天沐首席研發(fā)吳萬(wàn)寶為該論文第一作者。