千沐共晶凝胶电解质成果发表国际顶刊《Advanced Science》

近日，千沐创始人张嘉恒团队将高稳定性共晶凝胶电解质相关研究成果发表在《Advanced Science》（影响因子：17.521），其中千沐首席技术官吴万宝博士为第一作者。

千沐新能源一直致力于电化学材料科学领域研究，以超分子技术为核心，搭建技术体系；基于材料基因组学，结合大数据，将高通量计算和高通量实验技术应用在新能源材料开发领域。千沐现已实现了百余种超分子共晶产品的开发，研究团队发表了200多篇高水平SCI论文，申请了20余项核心技术专利。

研究背景

高压电极面临挑战

随着智能和信息技术的快速发展，便携式电子产品对智能化、轻量化和延长周期寿命的提出更高的需求。这些特性要求锂离子电池具有更高的体积能量密度。实现这一目标的最有希望的方法是增加阴极/阳极容量或增加工作电压。通过增加LCO阴极的截止电压至4.5 V，电极容量可以增加到180 mAhg−1，然而，当截止电压超过4.5 V时，阴极表面会发生结构坍塌和有害的界面反应，导致电池容量的快速衰减。因此，建立一种高度稳定的阴极-电解质间相（CEI）对于提高高压LCO阴极的性能至关重要。

共晶凝胶电解质的优势

可燃性的商用碳酸酯电解质仍然面临安全性问题的挑战。共晶电解质具有高安全性、高热稳定性和不可燃性。此外，聚合物凝胶电解质由于与锂金属阳极良好的界面接触、高导电性和有效抑制锂枝晶生长而受到越来越多的关注。聚合物基质与共晶电解质的结合为实现高安全性、高能量密度的金属锂电池提供了一种新的策略。

创新点

通过将不易燃的共晶电解质限制在聚合物基质中，开发出了一种新型共晶凝胶电解质，推动了锂金属电池的未来应用和 LCO 正极的高压应用。

（一）共晶凝胶电解质能与富含无机物的 LiF 和 Li3N 构建稳固的固体电解质相（SEI），有助于锂的均匀沉积。此外，原位形成的保护层还能减缓 LCO 阴极与电解质之间严重的界面副反应；

（二）在 4.45 V 的高充电电压下，LCO||Li 全电池可在 1500 个循环后保持 72.5% 的容量，每个循环的衰减率仅为 0.018%；

（三）设计良好的共晶凝胶电解质甚至可以使 LCO 在 4.6 V 的超高截止电压下稳定运行。

主要内容

该工作设计了开发了一种共晶凝胶电解质，将共晶电解质封装在聚合物基质中，从而增强了与锂金属阳极的界面稳定性，实现了长期稳定的锂剥离和沉积。

图 1 a) 共晶凝胶电解质的光学照片和厚度 b) 共晶凝胶电解质的 SEM 图像 c) PVDF-HFP、P-IL 和 PP-IL 膜的 XRD 图 d) 共晶电解质和商用电解质的可燃性测试 e) 商用电解质、共晶电解质和 PP-IL 膜的 TGA。e) 商业电解液、共晶电解液和 PP-IL 膜的热重分析。f) Li/共晶凝胶电解液/Li对称电池在 5 mV 直流电压下的电流-时间曲线。g) 共晶电解液和共晶凝胶电解液的 LSV 图。

图 2 a) 采用不同电解质的 LCO||Li 电池在 3.0-4.45 V 和 0.5C 下的循环性能。使用不同电解质的锂离子电池在选定循环条件下的恒流充放电曲线：b) 商用电解质；c) 共晶电解质；d) 共晶凝胶电解质；e) 使用不同电解质的锂离子电池在 3.0-4.6 V 和 0.5C 条件下的循环性能。f) 商用电解液、g) 共晶电解液和 h) 共晶凝胶电解液在第五个循环和第 100 个循环的归一化充放电曲线。

图4 a) 商用电解液和 b) 共晶凝胶电解液中，3.0 至 4.6 V 之间 LCO||Li 电池前五个循环的线性循环伏安曲线。c) 商用电解质和 d) 共晶凝胶电解质中 3.0 至 4.6 V 的 LCO||Li 第一个循环的原位 XRD 曲线。e) 商用电解质和共晶凝胶电解质中不同循环下 LCO 阴极的 XRD 图谱。f) 不同电解质中十个循环后 LCO 阴极的拉曼图谱。 

未来规划

整个化学领域，只要有分子存在的地方，都有超分子技术去应用的空间，这也是千沐的主战场。千沐研究团队以超分子材料为核心发表多篇高水平论文，成果布局共晶电解质、凝胶电解质、电极制备、锂电回收等多个领域。以扎实的研究成果为基础，实现产学研转化，落地共晶添加剂、共晶共溶剂、共晶电解质及共晶凝聚态等系列产品，可以适用于消费、动力、储能等多种应用场景，具有优异的电化学性能，循环寿命长，能量密度高。

未来，千沐将整合电池电解质领域资源，积极推动电解质产业拓展和前沿技术研发，加快产品更新迭代速度，实现全国规模推广，致力于成为电解质行业先锋，助力电解质行业开拓新蓝海。