研究人员发明人造固体电解质界面 实现更安全的电池

盖世汽车讯 锂金属的能量密度比其他材料更好，因此是电池阳极的有利选择之一。然而，电极和电解质之间的界面存在很多问题，如果能够解决这些问题，便可以获得更安全、更实用的结果。

研究人员热衷于用锂金属阳极替代石墨阳极，构建具有更高能量密度的电池系统。 然而，锂金属负极不稳定，很容易与电解质反应形成固体电解质界面（SEI）。且不幸的是，天然SEI很脆且易碎，导致电池使用寿命短且性能较差。

据外媒报道，阿德莱德大学（University of Adelaide）研究人员发明出天然SEI的替代品。即人造固体电解质界面（artificial solid electrolyte interphase，ASEI），可以有效减轻电池系统内的副反应。ASEI可以纠正困扰裸锂金属阳极的一些问题，以制造更安全、更可靠、甚至更强大的电源，可以更有信心地在电动汽车和其他类似应用中使用。

图片来源：阿德莱德大学

相关研究已发表于期刊《Energy Materials and Devices》。该研究的作者、研究员Yanyan Wang表示：“电池技术与每个人的生活息息相关，且正在彻底改变我们的生活方式。要实现真正的无碳经济，需要性能更好的电池来替代目前的锂离子电池。”

锂金属电池（LMB）正是理想候选电池之一。然而，阳极锂金属会与电解质发生反应，并且在电池运行过程中，锂金属表面会形成称为固体电解质界面的钝化层。 锂金属阳极的另一个问题是在电池充电过程中会出现“枝晶生长”。

枝晶看起来像树枝结构，会对电池造成内部损坏，导致短路、性能不佳和潜在的安全隐患。这些弱点降低了LMB的实用性，并提出了一些必须应对的挑战。

论文中介绍了一些可用于制造更有效、更安全的锂金属阳极的策略。为了改进锂金属阳极，研究人员发现有必要均匀化锂离子的分布，这有助于减少电池负电荷区域的沉积。

反过来，还将减少枝晶的形成，从而防止过早性能下降和短路。此外，为锂离子扩散创造一种更简单的方法，同时确保各层电绝缘，有助于在电池循环过程中保持结构的物理和化学完整性。最重要的是，减少电极和电解质界面之间的应变可以确保各层之间的正确连接，这是电池功能的重要组成部分。

最有潜力的策略是聚合物ASEI层和无机-有机杂化ASEI层。聚合物层在其设计上具有足够的可调节性，并且强度和弹性易于调节。

聚合物层还具有与电解质类似的官能团，因此可以兼容。无机-有机杂化层最适合减少层厚度，并显著改善层内成分的分布，从而提高电池的整体性能。研究人员还将不断改善ASEI层在金属表面的粘附力，从而整体提高电池的功能和寿命。