锂金属电池在过去几年中吸引了世界各国研究者的高度研究兴趣。由于液体电解液与带电过渡金属氧化物表面和活性锂金属之间的高反应性，基于液体电解液组装而成的高压锂金属电池往往会出现严重的电解液溶剂分子引发的分解反应。此外，在电化学充电/放电过程中，通常也会出现不利的正极电解质界面（CEI）和明显的正极结构不稳定现象。在锂金属负极，锂金属与电解液之间的持续相互作用，以及从正极溶解并穿梭到负极的过渡金属均会加剧金属锂负极的退化，导致不利的固体电解质界面（SEI）和锂枝晶的不可控生长。更糟糕的是，当电池在高温下工作时，充电/放电过程中产生的各种气体产物以及不可控锂枝晶会穿透隔膜，造成电池短路甚至会引起电池燃烧甚至剧烈爆炸，带来潜在的安全隐患。近日，日本产业技术综合研究所（AIST）联合南京大学周豪慎教授团队通过将少量的液态电解质限制在具有6.5?金属有机框架通道内（MOF）材料的亚纳米孔道中，制备了一种与电极接触良好，挥发性低，稳定性高且能在高工作温度下安全运行的准固态电解质。与液态电解质不同，限域在MOF材料亚纳米孔道内的痕量液态电解液（0.23μL/cm2）在与MOF框架构成准固态电解质后，表现出一系列不寻常的特性：孔内痕量液态电解液比常规液态电解液构型更加聚合、沸点提升显著、电化学窗口提升至5.4V、且在高温和明火下不可燃。基于该准固态电解质的NCM-//Li扣式电池成功避免了正极不稳定CEI和负极锂枝晶的形成。更重要的是，基于该准固态电解质的高压锂金属软包电池即便是在高温以及被弯折、刺穿和剪断的恶劣工作条件下，依然能稳定且安全地工作（次循环后为mAhg-1，容量保持率89%；即使在电池被弯折、穿刺后，经过次循环后，容量仍能保持在mAhg-1）。这种稳定的不可燃准固体电解质极大地提高了锂金属电池在高温工作条件下的安全性，并有望进一步推进锂金属电池的实用化。该文章发表在国际顶级期刊NatureCommunications上，ZhiChang为本文第一作者。图1、使用非液体电解质对安全锂金属电池的重要性。a使用传统液体电解液可能存在的安全隐患。b准固体电解质的优势。c拟设计的准固体电解质结构示意图。常规有机电解液，极易燃烧，导致基于液态有机电解液的二次电池在短路、遭到机械破坏或高温下极易引起燃烧甚至爆炸等安全问题。因此，长远来看，二次电池的发展需要逐步走向少液化，甚至无液化（全固态）。与液体有机电解液相比，全固态电解质的热稳定性更高，电化学窗口更宽，枝晶生成概率更低。不过，全固态电解质的离子电导低，电解质/电极界面差，脆性强且难以大规模生产，限制了其的进一步应用。由于处于液体电解液和固体电解质之间的中间状态，准固体电解质有望具有液体电解液和固体电解质的优点，同时避免了两者的缺点。准固体电解质不仅能提供机械刚度以阻止枝晶刺穿，同时不可燃，因此比液体电解液更安全。此外，与固态电解质相比，准固态电解质还具有更高的离子电导率和更好的界面性质。但是，如何实现上述性能优异的准固态电解质，是科研界的一直以来的难点。将少量液体电解质限制在具有纳米孔/亚纳米孔结构的基质中，是一种制备准固体电解质的有效方法。基于此概念，通过将少量的液态电解质限制在具有6.5?金属有机框架通道内（MOF）材料的亚纳米孔道中，制备了一种与电极接触良好，挥发性低，稳定性高且能在高工作温度下安全运行的准固态电解质。与使用传统液态电解液组装的软包电池相比，准固体电解质在重量上也显示出其优势。准固态电解质组装的锂金属电池只含有微量液体电解质（0.23μLcm?2），远低于传统液体电解质（~25μLcm-2）。制备的准固体电解质也显示出很宽的电化学稳定性窗口（相比于Li/Li+约5.4V）。此外，使用准固体电解质组装的高压锂金属软包电池在高工作温度和遭受损坏（弯曲和切割）等恶劣工作环境下也能保证电池的安全、稳定运行。图2使用准固体电解质的NCM-//Li软包电池在恶劣工作条件下的电化学性能。aNCM-//Li软包电池与MOF基准固体电解质组装的电池结构示意图和照片。b，c在高正极载量（约20mgcm-2）下，用准固体电解质组装的NCM-//Li软包电池的放电/充电曲线和相应的循环性能）。d高载量下液态电解质组装的软包电池的充放电曲线。e在90°C的高温下基于不同电解液电池的循环性能。f在高工作温度（90°C）的恶劣工作环境下，在持续损坏（弯曲和切割）后，使用MOF基准固体电解质组装的NCM-//Li软包电池循环性能。参考文献：Chang,Z.,Yang,H.,Zhu,X.etal.Astablequasi-solidelectrolyteimprovesthesafeoperationofhighlyefficientlithium-metalpouchcellsinharshenvironments.NatCommun.13,().

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