高熵配位突破锂传输瓶颈中南大学研发固态电池新电解质_有色金属行业要闻_长江金属资讯

高熵配位突破锂传输瓶颈中南大学研发固态电池新电解质

2025-04-18 来源：长江有色金属网发布人: fengdm

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摘要：随着高熵电解质体系扩展至钠、钾离子电池领域，这项研究或将成为新型固态电池研发的里程碑，助推储能产业向更高安全、更高能量密度的方向跨越发展。

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在电动汽车与便携电子设备需求激增的背景下，全球科研团队正加速攻克高安全、高能量密度储能技术的核心难题。中南大学段惠教授团队于2025年5月在材料学顶刊《Advanced Functional Materials》上发布了一项突破性研究，通过创新性设计高熵锂离子配位环境，显著提升聚合物固态电解质的锂离子传输效率，为下一代固态金属锂电池的商业化应用扫除关键障碍。

传统聚合物固态电解质（SPE）因锂离子迁移速率低、界面稳定性差等问题，长期制约固态电池性能。段惠团队独辟蹊径，提出"高锂离子配位熵"策略，通过引入四种功能互补的阴离子（TFSI⁻、FSI⁻、DFOB⁻、BF4⁻），重构锂离子的微观配位环境。研究显示，多元阴离子协同作用显著降低了锂离子与聚合物链（PDOL）的结合能，同时形成更丰富的配位结构。分子动力学模拟证实，高熵电解质（HESPE）中锂-聚合物链的结合能从单盐体系的-2.003 eV降至-1.694 eV，促使锂离子脱离聚合物束缚，迁移速率提升3倍以上。

实验数据验证了理论突破：HESPE在25℃下实现0.238 mS/cm的离子电导率，较单盐体系提升近4倍，锂离子迁移数达0.707，活化能降低至0.296 eV。更引人注目的是，采用该电解质的锂金属对称电池在0.2 mA/cm²电流密度下稳定循环1800小时，临界电流密度突破1.6 mA/cm²，锂沉积形貌扫描电镜显示，电极表面形成均匀致密的18.3 μm锂层，较对照组厚度减少30%，有效抑制枝晶生长。

研究团队进一步组装了锂金属||磷酸铁锂全固态电池，在1.5C倍率下经历1000次循环后容量保持率高达89%，且全程未发生短路现象。拉曼光谱与核磁共振表征揭示，多元阴离子通过"空间位阻效应"削弱锂-聚合物相互作用，同时形成动态离子通道网络，这一机制被《Advanced Functional Materials》审稿人评价为"为固态电解质设计提供了全新的熵工程范式"。

产业界专家指出，该技术突破三大产业化瓶颈：室温工况可行性、界面稳定性提升及成本控制潜力。段惠教授透露，团队已与多家动力电池企业展开合作，计划2026年完成中试生产线建设。随着高熵电解质体系扩展至钠、钾离子电池领域，这项研究或将成为新型固态电池研发的里程碑，助推储能产业向更高安全、更高能量密度的方向跨越发展。

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