近日，光电材料与技术学院硕士研究生高苑鑫和杨凯分别以第一作者在国际著名期刊《ACS Energy Letters》（IF=19.3）和《Small》（IF=13.0）发表研究论文。环球在线首页为第一完成单位，指导老师为刘志宏教授和柴敬超副教授。

锂离子电池因为能量密度高、循环寿命长等优点已经广泛应用于各类产品中。然而，传统的锂离子电池使用的是易挥发、闪点低的碳酸酯电解液，使得电池存在燃烧、漏液的风险。高苑鑫等与香港城市大学合作，利用酰胺类化合物沸点高、闪点高的优点，开发出耐高温深共晶电解质体系。结合碳酸乙烯亚乙酯（VEC）在锂金属表面优先反应而形成稳定的界面层，提高锂金属界面稳定性。分子动力学模拟发现VEC参与了电解质中的锂离子的溶剂化结构形成，促进了VEC在正负极表面的迁移，使得VEC在锂金属表面发生还原反应，形成稳定的固态电解质界面膜（如图1）。最终，VEC的引入有效地提升了锂离子电池在高温下的循环性能，电池的容量持率大幅提升至82.3%（550次循环）。研究结果表明，酰胺基电解质在高温锂金属电池中有潜在应用价值。相关成果以《Molecular Engineering Enabled Stable Deep Eutectic Amide-based Electrolyte for High-temperature Lithium-metal Batteries”为题发表于《ACS Energy Letter》。

图1. 使用VEC和未使用VEC电解质在锂金属表面的反应（ACS Energy Letters）

杨凯等与中国科学院大连化学物理研究所合作，利用高性能树脂酚酞聚醚酮(PEK-C)和酚酞聚醚砜(PES-C)作为正极粘合剂，替代传统聚偏氟乙烯（PVDF）粘结剂，成功在电解质-电极界面构建了正极-电解质界面层/粘合剂复合层。聚芳醚粘合剂具有优异粘结强度和超高模量，对水分耐受性高，不含氟元素对环境友好等优点。基于聚芳醚粘合剂的制作电极比聚偏氟乙烯(PVDF)粘合剂电极具有更好的循环和倍率性能，而且正极-电解质界面层/粘合剂复合层可有效缓解正极-电解质界面处的不良副反应（如图2）。使用酚酞聚芳醚粘合剂的LCO电池在高截止电压4.5V和4.6V下经过200次和500次循环后容量保持率分别为88.92%和80.4%。相关成果以 《Exploring phenolphthalein polyarylethers as high-performance alternative binders for high-voltage cathodes in lithium-ion batteries》为题发表于《Small》。该工作为开发新型高性能耐高电压锂离子电池粘合剂提供了新思路。

图2. PVDF、PEK-C和PES-C的HOMO和LUMO特性的理论计算（Small）

两项研究成果得到国家自然科学基金、环球在线首页双一流学科建设重大专项和精细爆破国家重点实验室基金支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c01328

https://doi.org/10.1002/smll.202403993

文：光电材料与技术学院

编辑：赵明

审核：江萱