南开周震课题组| 一种极其简单的锂氧气电池中金属锂负极的保护方法

锂空气电池由于具有超高的理论能量密度而备受关注，成为具有发展潜力的能量储存体系。但是锂空气电池的实际应用还面临着很诸多阻碍，电解液、空气正极和金属锂负极都有相应的问题。近十年来在研究工作者的努力下，空气正极和电解液方面进展迅速，相对而言金属锂负极的发展较为缓慢。在锂空气电池体系中，金属锂负极会和电解液发生反应造成电解液和金属锂的消耗，从而导致电池容量衰减和寿命变差。

本研究中，利用金属锂和DOA的反应，在金属锂表面生成高分子保护膜。保护膜的存在使得电池的循环性能有了显著的提升。实验结果表明保护膜有效地抑制了电解液与金属锂的反应并减轻了锂负极表面的形貌变化。

1：金属锂在DOA中处理生成保护膜的示意图

图1展示了在金属锂表面生成保护膜的实验过程，将金属锂置于DOA中进行浸泡，从液体中取出的锂片可直接用作锂空气电池负极。

图2：金属锂和DOA的反应过程

DOA与锂片的反应过程如图2所示。首先，DOA会按照路径1所示与金属锂发生作用，Li会攻击DOA中的C-O键使C-O键发生断裂，生成的中间产物会通过加氢反应形成2-乙氧基乙醇锂，然后2-乙氧基乙醇锂中的C-O键会继续被Li攻击，反应按照a和b两种方式进行，最后生成乙二醇二锂和乙醇锂，这两个产物都是亲核试剂。亲核试剂会继续进攻DOA，反应按照路径2进行。亲核试剂进攻DOA后导致DOA开环，生成的产物仍旧是亲核试剂，会继续进攻DOA，如此持续进行最后形成聚DOA的高分子。聚DOA高分子主要由环氧乙烯单体组成。

图3：由预处理过的锂片(a)和原始锂片(b)组装的Li-O₂电池100 mA/g电流下的循环性能

图3是电池循环测试图，展示了经过预处理后的锂负极对锂氧气电池的循环性能的提升效果。如图3(a)中所示，经过预处理后的锂负极展示出了优异的循环性能，可以稳定循环超过60周，而原始锂片只能循环29周。

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.201807985

供稿 | 深圳市清新电源研究院

部门 | 媒体信息中心科技情报部

撰稿人 | 周震团队

主编 | 张哲旭

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