Al2O3涂层隔膜在高能量密度锂金属电池中的电化学 - 力学耦合效应

本文聚焦于高能量密度锂金属电池中Al2O3涂层隔膜的电化学-力学耦合效应。传统认知中Al2O3被视为惰性涂层，但本研究揭示其在循环中具有电化学活性，并能通过与锂负极的界面反应显著提升电池性能。研究背景在于锂金属负极虽具有极高理论比容量，但锂枝晶不可控生长严重威胁电池安全与寿命。研究目的旨在深入揭示Al2O3涂层在锂金属电池中的真实作用机制，为高性能陶瓷隔膜设计提供理论支撑。燕山大学黄建宇、唐永福教授及邱海龙副教授团队提出了两大全新机制：路易斯酸诱导溶剂耗尽(LASD)机制和动态锂通量整流(DLR)机制。Al2O3作为路易斯酸锚定溶剂分子，促进形成富含LiF的稳定SEI；原位生成的LiAlO2则动态均匀化锂离子通量。结论表明，Al2O3涂层的电化学效应具有显著的朝向依赖性，仅当涂层朝向锂负极时才能充分发挥作用。优化后的Al2O3/PE隔膜在4.48 Ah NCM811||Li软包电池中实现452 Wh kg-1能量密度，循环超250次；在29 Ah NCM955||Li电池中达到528.9 Wh kg-1。这一电化学-力学耦合效应为设计高安全、高能量密度锂金属电池提供了全新思路。