新材料让锂金属电池实现超长循环寿命

在新能源材料领域，如何实现更高能量密度、更安全、更持久的锂金属电池，一直是科研界的一大难题。近日，云南大学材料与能源学院的郭洪教授团队设计了一种新型酰氨基功能化聚合物电解质，为锂金属电池的长寿命运行提供了有力保障。相关成果发表在国际期刊《能源与环境科学》上。

在能源存储技术日新月异的今天，锂金属电池因其高能量密度和潜在的安全性提升，被视为未来电池技术的重要方向，其中固态电解质性能的优化尤为关键。传统聚合物电解质虽然具有界面接触性好、工业化生产潜力大等优点，但在实际应用中却面临着机械性能不足、锂离子（Li+）传输效率低、电极或电解质界面稳定性差等挑战。这些问题严重制约了锂金属电池的性能和寿命。

酰氨基功能化材料设计示意图。 受访者供图

针对这些挑战，郭洪教授团队提出了创新的分子设计策略，通过引入丰富的酰氨基位点，构建了一个独特的分层超分子网络，巧妙结合了永久化学交联和可逆氢键，使聚合物电解质在保持高度机械强度的同时，具备了优异的柔韧性。更重要的是，酰氨基位点的引入为锂离子提供了快速且可逆的传输通道，显著提升了电解质的离子传导性能。此外，整个聚合物基质的预去溶剂化效应也进一步促进了锂离子的传输效率，使其在电解质中的迁移更加迅速和均匀。

除了优异的传输性能，这种新型聚合物电解质还能够在电极表面形成稳定的界面层，有效防止了锂枝晶的生成和界面副反应的发生。锂枝晶是锂金属电池中常见的问题，它们不仅会导致电池短路，还会加速电池的老化过程。因此，这种双重强化的界面稳定性对于提高电池的安全性和循环寿命至关重要。

实验结果显示，采用这种新型电解质的锂金属电池，在循环测试中展现出了惊人的耐久性。在完整充放电情况下，磷酸铁锂正极搭配锂金属负极的电池经过850次循环后，容量保持率仍高达96.5%；而钴酸锂正极的电池则在300次循环后保持了96.8%的容量。

据了解，这一新成果是对固态电解质设计的一次重大创新，证明其在实际应用中的巨大潜力，为解决锂金属电池面临的诸多挑战提供了新思路，也为未来开发更高性能、更长寿命的固态电池奠定了坚实的理论基础和材料基础，在电动汽车、储能系统等领域具有广阔的应用前景。