在儲能設備日益復雜的應用場景和全球頻繁發生的極端高溫氣候條件下，使用有機液體電解液的鋰金屬電池在高溫場景下(>60℃)極易發生失效，包括副反應加劇、電極-電解質界面層破裂、正極材料損壞等，且低沸點有機溶劑的揮發性和易燃性嚴重增加了安全風險，因此亟需為鋰電池量身定制先進的高溫電解質。
 

　　清華大學化工系副教授劉凱和副研究員陳翔合作，報道了一種具有高固有熱穩定性和電化學穩定性的無溶劑熔融鹽電解質，由堿金屬陽離子和氟化磺酰亞胺陰離子組成，表現出優異的鋰離子傳輸動力學，包括低活化能、高鋰離子電導率和高遷移數，揭示了強的陽離子-陽離子(Li+-Cs+)協同效應促進了鋰離子在熔融鹽電解質中的擴散行為，可滿足高溫鋰金屬的應用需求。
 

　　圖1.一種用于高溫鋰金屬電池的無溶劑熔融鹽電解質，具有增強的Li+傳輸動力學。陽離子協同效應和富含無機的固態電解質界面賦予了其快充性能和長期循環穩定性。

 

圖2.使用熔鹽電解質的鋰金屬電池的電化學性能
 

　　在80℃高溫條件下，應用該熔融鹽電解質的鋰-銅(Li-Cu)電池在500圈內實現了98.8%的庫侖效率，鋰金屬半電池在10℃下仍能釋放出超過100 mAh g?1的容量，鋰金屬全電池循環280圈后，容量保持率75%，該工作為下一代高溫電池的先進電解質設計提供了新的見解。
 

　　相關研究成果以“鋰金屬電池的具有高固有熱穩定性和電化學穩定性的無溶劑熔融鹽電解質”(Molten salt electrolytes with enhanced Li+-transport kinetics for fast-cycling of high-temperature lithium metal batteries)為題，于1月7日發表于《能源與環境科學》(Energy & Environmental Science)。
 

　　清華大學化工系2020級博士生閆帥帥、姚楠為論文第一作者。劉凱和陳翔為論文通訊作者，合作者還包括化工系教授張強等。研究得到國家重點研發計劃、國家自然科學基金等的支持。