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Nature子刊：弱配位鋰離子在單離子導(dǎo)體基復(fù)合低電解液鋰金屬電池中的應(yīng)用

最近，通過各種技術(shù)抑制了鋰金屬電極在循環(huán)過程中的粉化，但電解質(zhì)的不可逆消耗問題仍然是一個(gè)關(guān)鍵挑戰(zhàn)，阻礙了能量密集型鋰金屬電池的進(jìn)步。

在此，韓國科學(xué)技術(shù)院Hee-Tak Kim，Nam-Soon Choi，加州大學(xué)圣地亞哥分校孟穎教授在鋰金屬電極上設(shè)計(jì)了一個(gè)基于單離子導(dǎo)體的復(fù)合層，通過調(diào)整層中移動(dòng)Li⁺的溶劑化環(huán)境，顯著減少了液體電解質(zhì)的損失。

圖1. Li⁺在S-CE/B-GE和S-CE/S-GE界面的配位行為

結(jié)果顯示，具有薄鋰金屬（N/P為2.15）、高負(fù)載正極（21.5 mg cm^?2）和碳酸鹽電解質(zhì)的Li||Ni_0.5Mn_0.3Co_0.2O₂軟包電池在電解質(zhì)與容量比為2.15gAh^?1（2.44 g Ah^?1，包括復(fù)合層的質(zhì)量）下實(shí)現(xiàn)400次循環(huán)，或1.28 g Ah^?1（1.57 g Ah^?1，包括復(fù)合層的質(zhì)量）、280 kPa的電堆壓力下（0.2 C充電，在4.3 V至0.05 C的恒定電壓下充電，以及在4.3 V至3.0 V的電壓窗口內(nèi)1.0 C放電）實(shí)現(xiàn)100次循環(huán)。因此，這項(xiàng)工作中展示了基于單離子導(dǎo)體的復(fù)合層的合理設(shè)計(jì)為構(gòu)建具有最小電解質(zhì)含量的能量密集型可充電鋰金屬電池提供了一條前進(jìn)的道路。

圖2. Li||NMC軟包電池的電化學(xué)性能

Weakly coordinated Li ion in single-ion-conductor-based composite enabling low electrolyte content Li-metal batteries, Nature Communications 2023 DOI: 10.1038/s41467-023-39673-1

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