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　　繼(ji)無機鈣鈦礦疊(die)層(ceng)光伏(fu)領(ling)(ling)域實現(xian)突破后，華南(nan)理工大(da)學嚴克友教授(shou)團隊在高(gao)(gao)能量(liang)密度鋰(li)金屬電(dian)池(chi)領(ling)(ling)域又取(qu)得重大(da)進展(zhan)。該成果為研發(fa)、制(zhi)造(zao)新一(yi)代高(gao)(gao)性能鋰(li)電(dian)池(chi)、推動新能源(yuan)汽車(che)以及(ji)光伏(fu)-儲能一(yi)體化等領(ling)(ling)域發(fa)展(zhan)提供了新的關(guan)鍵技(ji)術。

　　該團(tuan)隊針對鋰(li)金(jin)屬負極在(zai)碳酸酯電(dian)解液的(de)界面穩定性(xing)難題，利(li)用(yong)單斜相m-Li2ZrF6 納(na)米顆粒作(zuo)為添加劑，成功(gong)在(zai)鋰(li)金(jin)屬負極表面構建了(le)具有(you)優異電(dian)化學性(xing)能的(de)基于三方相t-Li2ZrF6固態電(dian)解質界面，實(shi)現了(le)鋰(li)金(jin)屬電(dian)池(chi)在(zai)高載量、低N/P值和超高倍(bei)率(lv)(lv)下的(de)穩定循(xun)環，能夠在(zai)2C的(de)倍(bei)率(lv)(lv)下循(xun)環3000次后依然擁(yong)有(you)80%的(de)容量保(bao)持(chi)率(lv)(lv)，達到(dao)同級別最高水平。

　　由于(yu)m-Li2ZrF6 納米顆粒的(de)合成工藝簡單，具(ju)備大規模生產(chan)條(tiao)件，為鋰金屬(shu)(shu)電池的(de)廣(guang)泛應用(yong)提(ti)供了(le)解決方案。研究(jiu)成果(guo)歷經2年(nian)5個月的(de)4輪審(shen)稿、修改，最終以“Li2ZrF6 basedelectrolytes for durable lithium metal batteries”(六氟(fu)鋯酸(suan)鋰基耐用(yong)型鋰金屬(shu)(shu)電池)為題發(fa)表在國際頂尖學(xue)術(shu)期刊(kan)Nature上。

　　該(gai)論文第一完(wan)成單(dan)位為華南理(li)工大學(xue)，徐(xu)慶帥博士為第一作(zuo)(zuo)者(zhe)，丘勇(yong)才(cai)(cai)、嚴克(ke)友教(jiao)授(shou)(shou)領導(dao)了該(gai)項目(mu)團隊(dui)，嚴克(ke)友為通(tong)訊作(zuo)(zuo)者(zhe)。昆(kun)明(ming)理(li)工大學(xue)李坦副教(jiao)授(shou)(shou)、溫州大學(xue)居治(zhi)金(jin)(jin)教(jiao)授(shou)(shou)為共(gong)同第一作(zuo)(zuo)者(zhe)。浙江工業(ye)(ye)大學(xue)陶新永教(jiao)授(shou)(shou)、中國(guo)科(ke)學(xue)院(yuan)物理(li)研究所李泓(hong)研究員(yuan)、北京航(hang)(hang)空航(hang)(hang)天大學(xue)郭林教(jiao)授(shou)(shou)為共(gong)同通(tong)訊作(zuo)(zuo)者(zhe)。該(gai)工作(zuo)(zuo)得到(dao)了海外高層(ceng)次人(ren)才(cai)(cai)計劃、國(guo)家自然科(ke)學(xue)基金(jin)(jin)和重點研發(fa)計劃，廣東省創新創業(ye)(ye)團隊(dui)及(ji)青年拔尖人(ren)才(cai)(cai)計劃、興華人(ren)才(cai)(cai)計劃的基金(jin)(jin)的大力支持。

　　鋰金屬電(dian)(dian)(dian)池(chi)憑借(jie)鋰金屬負極(ji)極(ji)低(di)的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)化學(xue)還原(yuan)電(dian)(dian)(dian)位和超(chao)過(guo)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)(de)理論比容量，而被認為(wei)是(shi)最(zui)有(you)潛力的(de)(de)(de)(de)下一代電(dian)(dian)(dian)池(chi)候選者，它有(you)潛力將現有(you)鋰離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)能量密度提(ti)升一倍。然而目前，基于鋰離子電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)碳酸酯基電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液體系，與鋰金屬電(dian)(dian)(dian)池(chi)仍然無法很好(hao)地兼容。其(qi)根本原(yuan)因(yin)在(zai)于，目前的(de)(de)(de)(de)商業電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)液無法在(zai)鋰金屬負極(ji)表面(mian)(mian)形成(cheng)穩定的(de)(de)(de)(de)固態電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)質界面(mian)(mian)。這(zhe)種缺陷不僅會造成(cheng)鋰枝晶(jing)的(de)(de)(de)(de)生長，帶來(lai)電(dian)(dian)(dian)池(chi)爆(bao)炸的(de)(de)(de)(de)風險，還會嚴重影響(xiang)鋰金屬電(dian)(dian)(dian)池(chi)的(de)(de)(de)(de)循環壽(shou)命。如何(he)在(zai)鋰金屬負極(ji)界面(mian)(mian)表面(mian)(mian)構建同時具(ju)有(you)高(gao)(gao)電(dian)(dian)(dian)子絕緣性(xing)、高(gao)(gao)離子電(dian)(dian)(dian)導率和高(gao)(gao)化學(xue)穩定的(de)(de)(de)(de)理想型固態電(dian)(dian)(dian)解(jie)(jie)質界面(mian)(mian)，一直是(shi)這(zhe)一研(yan)究中的(de)(de)(de)(de)關鍵難題(ti)。

一直是這(zhe)一研究中的關(guan)鍵難(nan)題

　　針(zhen)對以上難(nan)點，研究團隊基(ji)于(yu)理論計(ji)算，驗證了以t-Li2ZrF6晶體(ti)構建理想型(xing)固(gu)態電解(jie)質(zhi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)可行(xing)性，首次提出(chu)用電場驅動m-Li2ZrF6轉化為t-Li2ZrF6來構筑固(gu)態電解(jie)質(zhi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)的(de)(de)(de)(de)策略(lve)(lve)。相關實驗表明(ming)，這(zhe)一策略(lve)(lve)不僅能(neng)(neng)夠(gou)憑借優異的(de)(de)(de)(de)電子絕(jue)緣(yuan)性阻止電子擊穿固(gu)態電解(jie)質(zhi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)進而(er)抑制電解(jie)液(ye)的(de)(de)(de)(de)分解(jie)，還能(neng)(neng)夠(gou)為Li+ 提供快(kuai)速遷(qian)移(yi)的(de)(de)(de)(de)通道，提高鋰(li)金(jin)屬(shu)電池的(de)(de)(de)(de)倍率性能(neng)(neng)。此外，t-Li2ZrF6晶體(ti)表面(mian)(mian)(mian)豐(feng)富的(de)(de)(de)(de)親鋰(li)位(wei)點能(neng)(neng)夠(gou)和其內部(bu)的(de)(de)(de)(de)離(li)子通道一起，誘導(dao)鋰(li)金(jin)屬(shu)均勻沉(chen)積，抑制鋰(li)枝晶的(de)(de)(de)(de)生長，從而(er)提高鋰(li)金(jin)屬(shu)電池的(de)(de)(de)(de)安全性。同時，過(guo)量m-Li2ZrF6添加劑不僅能(neng)(neng)夠(gou)改善(shan)傳統添加劑在循環中被(bei)耗(hao)盡的(de)(de)(de)(de)缺陷，還能(neng)(neng)夠(gou)通過(guo)ZrF62-離(li)子及(ji)時修復破損的(de)(de)(de)(de)固(gu)態電解(jie)質(zhi)界(jie)面(mian)(mian)(mian)，為鋰(li)金(jin)屬(shu)負極的(de)(de)(de)(de)界(jie)面(mian)(mian)(mian)穩定性提供長期保(bao)護。

　　基(ji)于上(shang)述優(you)勢(shi)，m-Li2ZrF6納米添加劑能夠使Li||LiFePO4電池(chi)在普通(tong)商業碳酸酯(zhi)電解液中，以2C的(de)倍(bei)率穩定循環(huan)3000次，且擁(yong)有(you)超過(guo)80%的(de)容量(liang)保持率。這(zhe)項工作為(wei)鋰金屬負(fu)極界面保護(hu)提供了新的(de)研究材料和思路。

　　日前，嚴(yan)克(ke)友(you)教授團隊成(cheng)功制備了全球(qiu)首(shou)個(ge)2端全無機鈣鈦(tai)礦疊(die)層電池(chi)，相關成(cheng)果以(yi)“Durable all Inorganicperovskite tandem photovoltaics”為題發(fa)表(biao)在Nature上，受到各界關注。本文是時隔一個(ge)多月(yue)后，該團隊發(fa)表(biao)在Nature上的(de)又一重大(da)成(cheng)果。