我校氢能与电化学材料团队在国际权威期刊发表环保型无氟超快充锂金属电池方面最新进展

近日，我校材料科学与工程学院氢能与电化学材料团队在环保型无氟超快充锂金属电池方面取得最新进展，相关成果发表在国际权威期刊《ACS Energy Letters》（影响因子22）。《ACS Energy Letters》由美国化学会（ACS）创办，是能源材料领域最具影响力的顶级国际学术期刊之一。我校为论文唯一通讯单位，材料科学与工程学院姜智鹏副教授为第一作者，李永涛教授为通讯作者。

氟化策略被广泛用于提高锂金属电池的循环稳定性，主要归因于电池充放电过程中产生大量LiF，有利于形成稳定固体电解质界面，氟被认为是电池稳定性最不可或缺的元素。目前，商用电池大量使用含氟化合物不仅不可逆转的危害生活环境，还阻碍了电池锂离子的快速传输；特别是在高温环境下，氟的副反应将导致电池快速失效。因此，亟需探索基于无氟体系的新型锂金属电池系统。

（无氟锂金属电池示意图）

（无LiF界面作用机制）

本研究基于新型无氟电解液（OFFE，即1M LiBOB + 0.5M LiNO3 in DME）搭配无氟粘接剂（LA133），开发出兼具绿色环保、高温稳定性及快充性能的无氟锂金属电池。基于综合性能分析与理论计算结合可得，上述性能改善主要归因于无氟电解液高的体相电导率以及原位形成了高稳定、快离子传输的无LiF固体电解质界面。基于OFFE的Li-Cu半电池在60 ℃，3 mA cm-2/3 mAh cm-2的测试条件下具有高达98.8%的库伦效率，并形成致密的锂沉积形貌。如图所示，XPS和TOF-SIMS表明，OFFE能够在锂负极表面生成稳定的无LiF界面，该界面主要成分包括LiBxOy，Li2O和LiNxOy/Li3N，形成的B/O/N复合界面具有优异的稳定性和快速锂离子传输能力，从而实现锂离子的均匀沉积。

（锂负极形貌及界面分析）

（无氟锂金属电池在高温下的电化学性能）

研究发现，基于OFFE的Li-LiFePO4无氟电池在高温条件下具有优异的倍率性能和循环稳定性，可实现100 C极快充电能力（即充电时间仅需36秒），放电比容量为85.9 mAh g-1；在50 C条件下可以稳定循环超过500次，容量保持率为75%。实验证实了LiF并非电池稳定性的唯一选择，为安全实用锂金属电池提供了全新发展路径。这不仅为锂负极界面化学提供了新见解，还为开发低成本和快充锂金属电池提供了可靠依据，极大地推动了无氟环保型锂金属电池的实用化进程。

上述研究成果得到了国家自然科学基金和安徽省自然科学基金等项目的支持。

论文链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.3c02724

(来源：安徽工业大学)