近日,我校新能源与材料学院臧旭峰副教授(第一通讯作者)和张晴副教授(共同通讯作者)指导理学院本科生唐相宜在材料领域国际著名期刊《Advanced Functional Materials》(JCR Q1期刊、新锐材料科学大类一区Top期刊,IF=19.9)上发表题为“Perfluorinated Sulfonyl Fluoride Mediated Solvation and Interphase Dual Engineering in a Weakly-Solvating Electrolyte for High-Voltage Li-Metal Pouch Cell”的重要研究成果。该论文与宁波大学和复旦大学等单位合作,我校为第一单位。


高电压富镍正极与金属锂负极的组合,是突破现有锂离子电池能量密度瓶颈、迈向400 Wh/kg以上的关键路线。但工作电位抬升后,电解液在正极侧氧化分解、在负极侧还原分解,界面持续劣化导致容量快速衰减,电解液体系因此成为决定电池性能的核心变量。针对这一问题,研究团队设计了以氟代碳酸乙烯酯(FEC)和2,2,2-三氟乙基甲基碳酸酯(FEMC)为溶剂的,并引入3 wt%全氟丁基磺酰氟(NFBSF)构建弱溶剂化电解液体系。理论计算与实验表征表明,NFBSF分子本身不与锂离子配位,而是优先与FEMC发生多点色散作用,形成局部低极性微区,从而“间接”重塑溶剂化结构;同时,还原态NFBSF可优先断裂并向界面持续供给氟化锂与磺酸盐物种,“直接”参与成膜。两条路径协同,最终构筑起氟化锂与二氟磷酸锂自内层至外层均匀分布的杂化界面膜。该体系使5 V级锂镍锰酸锂-金属锂纽扣电池循环1000次后容量保持75%;4.5 V级4.2 Ah锂镍钴锰酸锂-金属锂软包电池实现了420 Wh/kg的质量能量密度,循环95次后容量保持96.3%。
该成果提出了“按化学键断裂位点定向设计电解液添加剂”的新思路,且无需高盐浓度与惰性稀释剂,可兼容现有电池生产工艺,为400 Wh/kg级高比能电池的工程化提供了可行路径。
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