“枝晶”变“死锂”

北京3月19日的这天,科技日报记者刘园园从西湖大学拿到了最新消息:王建辉团队弄出了一种穿梭耦合电解液。这东西最厉害的地方,是能让锂金属在铜箔上特别顺畅地沉积和溶解。这样一来,那些困扰着无负极锂电池的毛病,就被彻底解决了。无负极电池其实还是有个负极的,就是把铜箔当集流体用,剩下的活性材料全省了。这种电池虽然能量高、成本低、组装容易,但循环寿命太短,以前只能呆在实验室里。充电的时候,锂特别爱不均匀地堆在负极表面,长成乱七八糟的树枝一样的“枝晶”。这些枝晶不仅容易扎破隔膜引发起火,还会和电解液乱反应消耗锂;要是根断了,还会变成没用的“死锂”。 为了破这个局,王建辉团队一直在琢磨。到了2020年,团队里的刘磊发现有一种含酰胺基团的溶剂表现得特别好。用它做出来的电解液,在纽扣电池里表现得不错,不仅效率高,还能让高电压的电池循环得更稳。这就成了一个突破口。大家反复改进后搞出了穿梭耦合电解液,这次还直接用软包电池做了验证。这种电解液能把锂离子牢牢“摁”在铜箔表面,让它们像盖房子一样规规矩矩地在平面上长,“枝晶”自然就没了。副反应少了,“死锂”也少了。 实验数据很喜人:这块电池在没修饰集流体、也不给锂加料的情况下,能量密度已经是商用电池的快两倍了。更牛的是,在深度放电到80%的时候,它能稳稳地充放350次。要是需要高功率干活,它在2650瓦时每千克的超高功率下还能持续放电超过130秒。最关键的是,单位瓦时的成本比现在的石墨基电池降了15%到25%。王建辉说这是给以后做高性能金属电极找了一条新路头,给以后大规模造那种超高能量密度的电池打了个基础。