8 月 14 日消息，鋰金屬電池雖然理論能量密度超過 500 Wh/kg，但由于十分有限的循環壽命導致商業化進程卻非常受限，這主要還是由于其電解液與電極界面穩定性較差，傳統的電解液難以兼容鋰金屬負極和高壓正極。因此，設計出在負極和正極均具有高穩定性界面的電解液，是實現高能量密度鋰金屬電池的關鍵。

中國科學院宣布，旗下物理研究所 / 北京凝聚態物理國家研究中心特聘研究員王雪鋒聯合北京大學、中國科學技術大學、蘇州大學的科研人員提出了一種致密離子對聚集體 (CIPA) 電解質，可在稀薄電解質條件下發展出長壽命鋰金屬軟包電池。

據官方介紹，這種具有獨特納米級溶劑化結構的接觸離子對聚集體電解液，采用高鎳正極（LiNi0.905Co0.06Mn0.035O2 ) 組裝的 505.9 Wh/kg 鋰金屬軟包電池，經過 130 個循環后能量保持率為 91%。

相關研究成果已通過《Towards long-life 500?Wh?kg-1lithium metal pouch cells via compact ion-pair aggregate electrolytes》為題發表在《自然-能源》雜志上（附 DOI:10.1038/s41560-024-01565-z）。

▲鋰金屬負極的界面表征

據介紹，該工作采用冷凍透射電子顯微鏡，結合一系列先進的表面分析技術，研究固態電解質界面膜的結構、成分和空間分布。

在結構上，CIPA 電解液在鋰金屬負極表面形成薄且均勻的 SEI 膜。該膜平均厚度約為 6.2 nm，低于局部高濃電解液中所形成的 SEI 膜。兩種電解液中形成的 SEI 膜都表現出有機–無機復合結構，其中 CIPA 電解液所形成的 SEI 膜中 Li2O 納米晶粒尺寸和分布表現出更高的均勻性。

在成分上，與 CIPA 電解液相比，LHCE-G3 電解液形成的 SEI 中 LiF 含量較少且 C-和 O-的信號更強，表明 FSI?陰離子分解減少，溶劑分解更為嚴重。

在空間分布上，CIPA 電解液衍生的 SEI 膜中 C-和 S-元素從內到外分布更加均勻，而 LHCE-G3 電解液在 SEI 膜的外層檢測到明顯的 C-信號，而 S-信號則在內層集中，說明 LHCE-G3 電解液的還原行為是不均勻的，這會引發局部的鋰沉積，導致鋰枝晶的形成。

研究綜合界面表征結果發現，CIPA 電解液中 FSI?陰離子通過集體電子轉移機制迅速還原，形成富含 LiF 和 Li2O 且低有機含量的 SEI 膜。這種穩定的 SEI 層為鋰金屬負極提供了有效保護，防止了進一步的副反應，從而增強了鋰金屬電池的循環穩定性和安全性。