金属有机骨架材料在金属锂电池界面的应用

孙宇恒 ，高铭达 ，李慧 ，徐丽 ，薛晴 ，王欣然 ，白莹 ，吴川 ,3,＊

1环境科学与工程北京市重点实验室，北京理工大学材料学院，北京 100081

2先进输电技术国家重点实验室(全球能源互联网研究院有限公司)，北京 102209

3北京电动汽车协同创新中心，北京 100081

1 引言

人类对化石燃料的过度依赖造成全球能源短缺、二氧化碳排放超标、有害气体大量生成等环境问题。为了解决上述问题，各国推动了清洁、可再生能源的发展和规模化利用。由于可再生能源(风能、核能、水能等)存在地域分布不均、昼夜波动较大等缺点，高效的能源存储是规模化利用可再生能源的前提。其中，高比能二次电池具备较高的能量密度和工作电压，以及无记忆效应等诸多优点，已经广泛的应用到可移动电子终端设备、电动汽车、智能电网等领域1。

然而，高比能二次电池的界面问题阻碍了能源行业的进一步发展，这些问题包括电极界面处电解液副反应、溶剂共嵌入、锂枝晶以及死锂生成等，其加剧了活性物质在循环过程中的损失，并且阻碍了固体电解质界面(Solid electrolyte interphase，SEI)的生成与稳定。界面问题的存在既影响了电池的性能又降低了电池的安全性。特别是在高比能锂金属电池体系中，由于界面的不均一性和高反应活性，副反应持续发生，界面SEI膜存在缺陷，导致锂离子无法在锂金属表面均匀成核，形成锂枝晶，并进一步产生库伦效率降低、锂负极体积增加、电池内阻增大等问题2；在金属锂固态电池体系中，固态电解质与电极材料的界面接触不佳，会产生较大的接触阻抗，降低离子传输效率和电化学反应可逆性，同时空间电荷区的出现也为加剧了锂枝晶的生长3；……