發(fā)展高能量、高安全性的電能存儲(chǔ)技術(shù)與是當(dāng)今世界發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、改善生態(tài)環(huán)境、緩解能源危機(jī)的重大戰(zhàn)略需求。鋰離子電池是綜合性能最好的儲(chǔ)能與動(dòng)力電池體系之一，但傳統(tǒng)嵌鋰金屬氧化物正極不僅極大限制電池能量密度，其晶格釋氧反應(yīng)造成的電池脹氣、熱失控等問(wèn)題更顯著制約了電池的壽命與可靠性。利用高比容量的金屬鋰負(fù)極可將鋰離子電池的能量密度提升數(shù)倍，但金屬鋰枝晶生長(zhǎng)造成的電池短路、性能快速衰減等難題也使其實(shí)際應(yīng)用遙遙無(wú)期。
針對(duì)現(xiàn)有鋰離子電池體系在能量密度與安全性上的瓶頸，王治宇、邱介山教授團(tuán)隊(duì)利用凝膠電解質(zhì)中硫化鋰正極與硅負(fù)極之間的穩(wěn)定多電子氧化還原反應(yīng)，在實(shí)現(xiàn)高能量密度(506-802 Wh kg-1)的同時(shí)，從原理上根除了高活性金屬鋰負(fù)極或釋氧正極對(duì)電池壽命與安全性的影響，發(fā)展了一類具有本質(zhì)安全性的高能量準(zhǔn)固態(tài)鋰離子電池新體系。獲得的軟包電池在過(guò)熱、內(nèi)/外部短路、機(jī)械穿刺/切割及水/氧破損等濫用條件下均具有良好的穩(wěn)定性，且可在-20至60oC寬溫區(qū)內(nèi)正常工作。在聯(lián)用原位紫外光譜、原位X射線衍射及原位電化學(xué)阻抗譜深入理解揭示其多硫化物介導(dǎo)反應(yīng)機(jī)理基礎(chǔ)上，發(fā)展了限域空間內(nèi)構(gòu)建導(dǎo)電吸附-催化雙功能活性位點(diǎn)，提升電池在低離子遷移率凝膠電解質(zhì)中氧化還原反應(yīng)效率的有效策略。此項(xiàng)工作為彌補(bǔ)二次電池安全性與能量密度之間的鴻溝，發(fā)展高可靠性、高環(huán)境適應(yīng)性的新型電池提供了新的思路，在載人交通工具、空間技術(shù)、植入醫(yī)療等對(duì)儲(chǔ)能技術(shù)安全性、可靠性需求突出的領(lǐng)域極具應(yīng)用前景。
工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金會(huì)、遼寧省科技廳、大連市科技局、大連理工大學(xué)的共同資助支持。
