黄韵教授/仲伟虹教授/傅雪薇博士后ESM：用于安全耐用的锂金属电池的先进凝胶聚合物电解质：挑战，策略和观点

文章信息

用于安全耐用的锂金属电池的先进凝胶聚合物电解质：挑战，策略和观点

First published: October 22, 2020

第一作者：任文豪, 丁晨峰

通讯作者：傅雪薇*，黄韵*

单位：华盛顿州立大学，西南石油大学

研究背景

锂离子电池（lithium ion batteries, LIBs）的快速发展逐渐减少了锂金属电池（lithium metal batteries, LMBs）的实际使用。这是因为有两个关键问题限制了LMBs的性能：不可控的锂枝晶生长及低的库仑效率。这两个问题源于许多因素，主要包括离子沉积和电池组件之间界面的不稳定性。枝晶引发的安全问题及低库伦效率引起的寿命问题严重束缚了LMBs的商业化进程。

此外，正极侧的结构稳定性问题和电池工作过程中的可溶性副产物带来的负面影响同样棘手。迄今为止，虽然在解决上述LMBs问题的机理理解和工程方法上已经付出了巨大的努力，但距离商业化应用的安全高效LMBs仍然任重道远。

导师专访

Q：该领域目前存在的问题？这篇文章的重点、亮点。

得益于超高的能量密度，锂金属电池被认为是最有希望的下一代储能体系。然而，电极/电解质界面的不稳定性，及由此引发的枝晶、腐蚀、副产物溶解与沉积等，严重抑制了LMBs的商业化应用。此外，传统液体电解质的流动性及高可燃性使得LMBs存在潜在的安全隐患。作为不可或缺的电池组分，电解质在解决上述问题上发挥了重要作用。近年来重点研究的固态电解质虽然在一定程度上缓解了锂枝晶及液体电解质的泄露问题，但其本征的低离子电导率不利于LMBs整体性能的提升。因此，有必要在液体电解质和固体电解质中寻求平衡。GPEs综合了液体和固体电解质的优势。因此，开发能够实现高性能锂金属电池的GPEs势在必行。

目前，有关锂金属电池中的GPEs的综述大多集中在对制备工艺、材料合成方面的讨论。对于有针对性地解决LMBs现存问题的讨论却鲜有报道。

本文第一次以LMBs的现存问题作为分类标准，综述了GPEs在针对特定问题（包括保护锂金属负极，控制热失控和保护正极）上的研究进展，以指导GPEs在新能源存储系统中的商业化大规模生产和应用。

文章简介

近日，西南石油大学黄韵教授与华盛顿州立大学傅雪薇博士后研究员等合作，在国际顶级期刊 Energy Storage Materials （影响因子16.28）上发表题为“Advanced Gel Polymer Electrolytes for Safe and Durable Lithium Metal Batteries: Challenges, Strategies, and Perspectives”的综述文章。

该综述介绍了LMBs的关键问题，并强调使用凝胶聚合物电解质（gel polymer electrolytes, GPEs）抑制锂枝晶生长、控制热失控并改善正极性能的策略。最后，作者对GPEs的商业化进程做出了总结和展望。

该文章的第一作者为西南石油大学的硕士研究生任文豪与华盛顿州立大学的丁晨峰（共同一作）。

要点一： 本文从机理上，系统总结了LMBs面临的关键问题，包括不可控的锂枝晶生长、电池热失控和正极不稳定性。

要点二：本文总结了具有特定功能的GPEs的最新进展，同时将这些进展按保护锂金属负极，控制热失控和保护正极的策略进行分类。