两「杰青」领衔！中科大/北大/中科院物理所/苏大，最新Nature Energy！

第一作者：揭育林，Shiyang Wang，翁素婷，刘越

通讯作者：焦淑红，徐东升，王雪锋，程涛

通讯单位：中国科学技术大学，北京大学，中国科学院物理研究所，苏州大学

论文速览

实用锂金属电池的发展受到有限寿命的困扰，主要原因在于电解液界面稳定性差。

本论文提出了一种新型的紧密离子对聚集体（CIPA）电解液。该电解液在贫电解液条件下，通过独特的纳米级溶剂化结构，实现了高性能的锂金属软包电池。

CIPA电解液中的离子对密集排列形成大的CIPAs，与传统电解液中的小聚集体形成鲜明对比。CIPAs通过集体电子转移过程促进了锂金属阳极上的快速界面还原动力学，导致稳定界面的形成。

实验结果显示，搭载高镍含量正极材料（LiNi0.905Co0.06Mn0.035O2）的505.9 Wh kg−1锂金属软包电池在130次循环后仍保持了91%的能量保持率。该研究展示了通过纳米结构电解液设计实现高性能锂金属电池的可能性，并强调了理解界面反应机制在电解液设计和开发中的重要性。

图文导读

图1：CIPA电解液的特性及对锂金属软包电池的评估。

图2：锂金属阳极和NCM811阴极的界面稳定性。

图3：锂金属阳极的界面表征。

图4：中观和微观溶剂化结构。

图5：界面反应机制。

总结展望

本研究成功设计了一种新型的CIPA电解液，实现了500 Wh kg−1级别锂金属软包电池的稳定循环。研究亮点包括：

1. CIPA电解液通过促进FSI−阴离子的集体电子转移，快速形成富含无机物的稳定SEI，有效保护了锂金属阳极。

2. CIPA电解液显著减少了正极不可逆的电化学反应，同时稳定了阳极和阴极界面，减少了电解液消耗。

3. 实验数据表明，该锂金属软包电池在130次循环后能量保持率高达91%，循环寿命和能量密度均优于现有报道。

综上所述，本研究不仅为实现高能量密度和长寿命的锂金属电池提供了新思路，也为电解液设计和界面机制的理解提供了重要指导。

文献信息

标题：Towards long-life 500 Wh kg−1lithium metal pouch cells via compact ion-pair aggregate electrolytes

期刊：Nature Energy

DOI：10.1038/s41560-024-01565-z

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