近日，我院郑奇峰团队在锂、钠金属电池电解质及界面调控研究方面取得系列重要进展，相关成果先后发表于《Journal of the American Chemical Society》《Angewandte Chemie International Edition》和《Nature Communications》，为发展高能量密度、长寿命金属电池提供了新思路。
量化界面能级差，高效指导锂金属电池电解液设计
针对锂金属电池负极库仑效率低、界面副反应持续发生等问题，团队提出界面能级差（ΔEgap）描述符，定量表征界面电子转移驱动力；通过机器学习建模和SHAP分析，发现溶剂分子的最小静电势是调控ΔEgap的关键因素，并据此设计出两种ΔEgap较小的样本外溶剂，使锂沉积/剥离库仑效率超过99%。该成果以“Quantifying the Interfacial Energy Gap for Reversible Lithium–Metal Anodes”为题发表在《Journal of the American Chemical Society》上，团队丘锐研究生为第一作者，郑奇峰教授为通讯作者。
图1：量化界面能级差，高效指导锂金属电池电解液设计
双界面电解液添加剂助力高压钠金属电池
团队提出以3-吡啶三氟硼酸钾（KPBF3）作为醚基电解液的双界面功能性添加剂，在钠金属负极和高压Na3V2(PO4)2F3正极表面同时构筑富NaF的稳定界面膜，兼顾负极钠枝晶抑制和正极高压氧化稳定性。在低N/P比为2.65的条件下，Na||NVPF电池循环1000圈后容量保持率达到88.4%。该成果以“A Dual-Interface Stabilizing Additive for High-voltage Sodium Metal Batteries”为题发表在《Angewandte Chemie International Edition》上，该团队邹敏仪研究生为第一作者，郑奇峰教授，谢俊鹏特聘研究员，马良副研究员为通讯作者。
图2：双界面电解液添加剂助力高压钠金属电池
4.8 V高电压宽温域锂金属电池电解液
团队设计合成了不对称氟代磺酰胺溶剂FEMS，以其构建的单盐、单溶剂电解液具有高于5.0 V的氧化稳定性和良好的锂金属兼容性，Li||Cu电池库仑效率超过99.0%；Li||NCM811电池可在4.8 V及−60 °C至100 °C条件下稳定循环，5 Ah级软包电池能量密度达到514 Wh kg⁻¹。该成果以“Asymmetric fluorinated sulfonamide electrolyte solvent for high-voltage and wide-temperature Li-metal batteries”为题发表在《Nature Communications》上，该团队陈鹭义副研究员为第一作者，郑奇峰教授为通讯作者。
图3：4.8 V高电压宽温域锂金属电池电解液
论文链接：
1. Quantifying the Interfacial Energy Gap for Reversible Lithium–Metal Anodes
2. A Dual-Interface Stabilizing Additive for High-voltage Sodium Metal Batteries