近日，我校材料科學與工程學院新能源材料與技術研究所陶新永教授團隊與新加坡南洋理工大學樓雄文教授合作，首次將自組裝單分子層表界面技術用于調(diào)控電解質(zhì)氧化還原狀態(tài)，實現(xiàn)對高比能量金屬鋰電池電解質(zhì)分解的精確控制。該成果以“Self-assembled monolayers direct a LiF-rich interphase toward long-life lithium metal batteries”為題，浙江工業(yè)大學作為第一完成單位，在線發(fā)表在Science期刊上。

鋰枝晶的生長是導致高比能鋰金屬電池(LMBs)容量快速衰減和安全問題的主要原因，限制了鋰金屬陽極的大規(guī)模商業(yè)應用。在抑制鋰枝晶生長的研究中，與鋰傳輸和沉積密切相關的固態(tài)電解質(zhì)膜(SEI)的修飾或重建是最關鍵的策略手段。根據(jù)以往的研究表明，LiF憑借其高界面能、高化學穩(wěn)定性和較低的Li+擴散勢壘，能夠有效穩(wěn)定SEI膜、提高Li+的傳輸能力，從而提高LMBs的循環(huán)壽命。LiF是含氟電解質(zhì)成分的分解產(chǎn)物，因此，精確控制電解液中C-F鍵的分解，構(gòu)建富含LiF的SEI膜的策略具有很大的挑戰(zhàn)性。

該研究通過在商用氧化鋁涂覆的陶瓷隔膜表面修飾高度一致且長程有序的SAMs，在陽極界面處引入偶極矩改變電子轉(zhuǎn)移動力學，從而加速含氟鋰鹽的還原分解過程，成功構(gòu)筑了富含LiF的高穩(wěn)定性SEI膜，促進了Li+的快速轉(zhuǎn)移并抑制鋰枝晶的生長，實現(xiàn)了在高正極負載、有限鋰源和貧電解液等苛刻條件下優(yōu)異的全電池循環(huán)性能。由于SAMs分子結(jié)構(gòu)高度可調(diào)且可簡便應用于商用電池隔膜體系，因而該策略可擴展到其它電極體系，構(gòu)建性能更為優(yōu)異的各類儲能器件。

近年來，材料學院新能源材料與技術研究所張文魁教授團隊與陶新永教授團隊等依托浙江省重中之重學科，長期堅持新能源材料領域的基礎和產(chǎn)業(yè)化研發(fā)，圍繞新能源材料學科前沿以及相關戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)的重要難題開展科學研究和人才培養(yǎng)工作，在先進二次電池材料的基礎和產(chǎn)業(yè)化領域形成了鮮明的研究特色和技術優(yōu)勢，并培養(yǎng)了一支高水平的科研隊伍。研究所先后承擔國家863計劃、國家基金聯(lián)合基金重點、國家優(yōu)青項目等國家級項目20余項、企業(yè)合作項目50余項，在Science，Nat. Energy，Nat. Commun., Adv. Mater., Adv. Energy Mater., Adv. Funct. Mater., Nano Lett., ACS Nano等知名期刊上發(fā)表論文 100余篇。授權(quán)發(fā)明專利100余項，并與多家鋰離子電池企業(yè)開展產(chǎn)學研合作，及時轉(zhuǎn)化研究成果，實現(xiàn)了多種規(guī)格的鋰離子電池產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，取得了顯著經(jīng)濟和社會效益。

近年來，學校積極踐行習近平總書記提出的“四個面向”科技創(chuàng)新戰(zhàn)略方向，樹立有組織地做有用的科研的理念，完善科研評價體系，鼓勵教師聚焦學術前沿，推進學科與國際一流科研團隊交流合作，優(yōu)化基礎研究科研生態(tài)，學校國際學術競爭力持續(xù)增強。學校自然指數(shù)（Nature Index）排名穩(wěn)步上升，已躍居全國高校50強。

圖1.?羧基端基的自組裝單分子層通過引入偶極矩加速LiTFSI還原分解動力學，誘導形成富LiF的固態(tài)電解質(zhì)界面膜，使金屬鋰電池在苛刻條件下依舊獲得超長循環(huán)壽命

圖2. 自組裝單分子層偶極矩關聯(lián)的靜電勢等值面計算及富LiF的固態(tài)電解質(zhì)界面膜冷凍透射電鏡原子級結(jié)構(gòu)可視化