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  上海科技大學物質(zhì)學院劉巍助理教授課題組在高比能、高安全的鋰金屬電池構(gòu)建方面取得重要進展。北京時間2019年3月1日，相關(guān)成果以“High-rate and large-capacity lithium metal anode enabled by volume conformal and self-healable composite polymer electrolyte”為題，在Wiley旗下國際知名期刊Advanced Science上在線發(fā)表。

  鋰離子電池作為能源存儲器件已經(jīng)在便攜式電子產(chǎn)品上普及，正被逐步應(yīng)用于交通運輸以及智能電網(wǎng)儲能等方面。然而傳統(tǒng)鋰電池的續(xù)航能力（能量密度）已不能滿足當前的實際需求，同時人們也對電池的安全性和使用壽命提出了更高的要求。金屬鋰具有超高的理論比容量（3860 mAh g-1）和最低的電化學勢（-3.040V），是鋰電池材料中的“圣杯”，以鋰金屬作電池負極將會很大程度上提高電池的能量密度。然而，鋰金屬表面易生長樹枝狀的枝晶，能夠刺穿電池隔膜導致電池造短路甚至引發(fā)爆炸，抑制鋰枝晶生長是利用金屬鋰實現(xiàn)高能量密度鋰金屬電池商業(yè)應(yīng)用的技術(shù)難題。

  劉巍助理教授課題組提出利用具有自修復功能的復合半固態(tài)電解質(zhì)來穩(wěn)定鋰金屬負極的策略。該復合半固態(tài)電解質(zhì)由自修復聚合物、導鋰陶瓷粉體和電解液組成。自修復聚合物具有受到損傷能夠自修復的功能：若有枝晶生長刺穿電解質(zhì)產(chǎn)生裂紋，裂紋會快速自愈合，從而可以很大程度上延長電池的循環(huán)使用壽命；自修復聚合物還具有較強的粘彈性，可緊緊粘附在鋰金屬表面，促進表面鋰離子通量均勻化并抑制鋰枝晶的生長。導鋰陶瓷粉體的添加主要用于提高復合電解質(zhì)材料的機械性能，電解液的添加可以提高復合電解質(zhì)的離子電導率并降低電解質(zhì)和電極的界面阻抗。實驗結(jié)果表明，該復合半固態(tài)電解質(zhì)可以有效抑制鋰枝晶的生長，大幅度提高鋰金屬電池的倍率性能和循環(huán)壽命。該工作為下一代鋰金屬電池的發(fā)展提供了新的研究策略，將推動其快速發(fā)展以及大規(guī)模應(yīng)用。

自修復電解質(zhì)與鋰金屬負極的作用機制示意圖

  論文第一作者是劉巍助理教授課題組博士后夏水鑫，劉巍助理教授為通訊作者，上科大為第一完成單位。該研究項目得到了上科大啟動經(jīng)費、國家自然科學基金青年基金和上海市揚帆計劃等人才支持計劃的資助。同時感謝上科大物質(zhì)學院分析測試中心和電鏡中心老師們的大力支持。研究過程中得到了美國斯坦福大學崔屹教授、鮑哲南教授以及JeffreyLopez博士的熱心幫助；研究中用到的自修復聚合物來自美國斯坦福大學的鮑哲南教授課題組的饋贈支持。

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/advs.201802353