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??高熵配位突破鋰傳輸瓶頸中南大學研發固態電池新電解質?

2025-04-18 來源：長江有色金屬網發布人: fengdm

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摘要：隨著高熵電解質體系擴展至鈉、鉀離子電池領域，這項研究或將成為新型固態電池研發的里程碑，助推儲能產業向更高安全、更高能量密度的方向跨越發展。

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在電動汽車與便攜電子設備需求激增的背景下，全球科研團隊正加速攻克高安全、高能量密度儲能技術的核心難題。中南大學段惠教授團隊于2025年5月在材料學頂刊《Advanced Functional Materials》上發布了一項突破性研究，通過創新性設計高熵鋰離子配位環境，顯著提升聚合物固態電解質的鋰離子傳輸效率，為下一代固態金屬鋰電池的商業化應用掃除關鍵障礙。

傳統聚合物固態電解質（SPE）因鋰離子遷移速率低、界面穩定性差等問題，長期制約固態電池性能。段惠團隊獨辟蹊徑，提出"高鋰離子配位熵"策略，通過引入四種功能互補的陰離子（TFSI?、FSI?、DFOB?、BF4?），重構鋰離子的微觀配位環境。研究顯示，多元陰離子協同作用顯著降低了鋰離子與聚合物鏈（PDOL）的結合能，同時形成更豐富的配位結構。分子動力學模擬證實，高熵電解質（HESPE）中鋰-聚合物鏈的結合能從單鹽體系的-2.003 eV降至-1.694 eV，促使鋰離子脫離聚合物束縛，遷移速率提升3倍以上。

實驗數據驗證了理論突破：HESPE在25℃下實現0.238 mS/cm的離子電導率，較單鹽體系提升近4倍，鋰離子遷移數達0.707，活化能降低至0.296 eV。更引人注目的是，采用該電解質的鋰金屬對稱電池在0.2 mA/cm²電流密度下穩定循環1800小時，臨界電流密度突破1.6 mA/cm²，鋰沉積形貌掃描電鏡顯示，電極表面形成均勻致密的18.3 μm鋰層，較對照組厚度減少30%，有效抑制枝晶生長。

研究團隊進一步組裝了鋰金屬||磷酸鐵鋰全固態電池，在1.5C倍率下經歷1000次循環后容量保持率高達89%，且全程未發生短路現象。拉曼光譜與核磁共振表征揭示，多元陰離子通過"空間位阻效應"削弱鋰-聚合物相互作用，同時形成動態離子通道網絡，這一機制被《Advanced Functional Materials》審稿人評價為"為固態電解質設計提供了全新的熵工程范式"。

產業界專家指出，該技術突破三大產業化瓶頸：室溫工況可行性、界面穩定性提升及成本控制潛力。段惠教授透露，團隊已與多家動力電池企業展開合作，計劃2026年完成中試生產線建設。隨著高熵電解質體系擴展至鈉、鉀離子電池領域，這項研究或將成為新型固態電池研發的里程碑，助推儲能產業向更高安全、更高能量密度的方向跨越發展。

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