近日，材料科学与工程学院新能源材料与器件教研室（储能及动力电池科研团队）李星博士与美国西北太平洋国家实验室联合以第一作者在《Advanced Energy Materials》发表学术论文，系统阐述了利用酰亚胺-硼酸盐（Imide-Orthoborate）双盐电解质体系抑制锂枝晶生长、提升锂金属库仑效率的工作原理。
《Advanced Energy Materials》是国际能源材料类顶级期刊，2018年影响因子为21.875，位于中国科学院JCR分区一区。
据李星博士介绍，随着先进便携式电子产品、电动汽车等的快速发展，对于电池的能量密度提出了更高的要求。金属锂具有高的理论比容量（3860 mAh/g）及-3.04 V 的超负电极电势（相对标准氢电极），是理想的高比能量二次电池负极材料。因此，开发基于金属锂负极的高比能量二次电池如锂金属电池、锂空气电池及锂硫电池等重新受到关注，并成为近年来国内外化学电源领域的研究热点。然而，金属锂作为负极使用时，在反复充放电过程中容易出现粉化、枝晶生长等问题，导致对应二次电池的循环性能极差、容量衰减迅速、库仑效率低、极化严重；更为严重的是，锂枝晶生长还会刺穿隔膜导致电池短路并可能引发严重的安全问题。
国内外研究现状表明，锂金属负极性能的改善途径主要包括：锂金属合金化；固体电解质；锂金属表面结构设计；有机电解液促进锂金属/电解质界面SEI膜稳定性。其中，通过优化有机电解液成分及改性添加剂促进锂金属/电解质界面SEI膜稳定性，被认为是抑制锂枝晶生长、提升库仑效率的最简便、有效的途径之一。
在此背景下，该论文通过研究Imide-Orthoborate双盐电解质体系发现，LiTFSI-LiBOB是化学及电化学相对最稳定的双盐电解质体系、能够在锂金属表面形成无锂枝晶、致密、稳定的SEI膜；通过利用LiPF6作为添加剂改性LiTFSI-LiBOB双盐体系，可以使生成的SEI膜展现出更薄、更致密、更稳定等特性；而使用LiPF6 + VC + FEC组合添加剂改性的LiTFSI-LiBOB双盐体系，还可以使对应的锂金属负极的库仑效率提升至98.1%左右。上述研究结果对于解决下一代高能量密度锂金属电池的安全性问题、推动其产业化进程具有重要意义。
相关研究论文信息：
Title：Dendrite-Free and Performance-Enhanced Lithium Metal Batteries through Optimizing Solvent Compositions and Adding Combinational Additives
Authors：Xing Li, Jianming Zheng, Xiaodi Ren, Mark H. Engelhard, Wengao Zhao, Qiuyan Li, Ji-Guang Zhang,* and Wu Xu*
Sources：Adv. Energy Mater. 2018, 1703022
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/aenm.201703022
