近日，東南大學(xué)能源與環(huán)境學(xué)院吳宇平、程新兵教授團(tuán)隊(duì)通過創(chuàng)新設(shè)計“智能熱響應(yīng)固態(tài)電解質(zhì)界面”，首次實(shí)現(xiàn)了鋰硫電池長循環(huán)壽命與高熱安全性的協(xié)同提升。相關(guān)研究成果以“Thermoresponsive Solid Electrolyte Interphase Enables Safe Lithium-Sulfur Batteries with High Energy Density”（熱響應(yīng)固體電解質(zhì)界面實(shí)現(xiàn)安全的高能量密度鋰硫電池）為題，發(fā)表于國際權(quán)威期刊《Energy & Environmental Science》上。

鋰硫電池具有超高的理論能量密度（2567 Wh kg?1），是傳統(tǒng)鋰離子電池的5倍，被視為非常有前途的儲能系統(tǒng)。然而，其負(fù)極鋰金屬的高活性導(dǎo)致其與電解液發(fā)生副反應(yīng)，形成不穩(wěn)定的固體電解質(zhì)界面。傳統(tǒng)固體電解質(zhì)界面（SEI）離子傳輸慢，易引發(fā)鋰枝晶生長，導(dǎo)致電池容量迅速衰減；同時，其熱穩(wěn)定性差，在高溫濫用條件下易分解，觸發(fā)鋰金屬與電解液的劇烈放熱反應(yīng)，帶來嚴(yán)重安全隱患。盡管通過復(fù)合負(fù)極、人工SEI等手段可以改善SEI性能，但目前的解決方案難以兼顧長循環(huán)壽命和高安全性，因此構(gòu)建既能提升離子傳輸效率，又能在高溫下自動增強(qiáng)熱穩(wěn)定性的SEI，是鋰硫電池實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用的關(guān)鍵。

在此，研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計了一種“智能熱響應(yīng)SEI”。在正常工況下，電解液中的LiI弱化溶劑分子與鋰離子之間的配位作用，提升離子遷移數(shù)，加速脫溶劑化過程，并形成富含LiF、Li2S等高導(dǎo)電成分的SEI，實(shí)現(xiàn)電池循環(huán)性能的顯著提升；環(huán)境溫度升高時，SEI中的LiI、Li2S和Li2O通過熱反應(yīng)自組裝成致密的Li?OSI2反鈣鈦礦界面層。該界面具有超過250 °C的高熱穩(wěn)定和28.73 GPa的楊氏模量，有效隔絕活性材料的物理接觸抑制放熱反應(yīng)。因此熱失控起始溫度從116.0 °C大幅提升至162.3 °C，短路觸發(fā)溫度從126.8 °C升至161.8 °C，顯著降低熱失控風(fēng)險。該策略在523 Wh kg?1的鋰硫軟包電池中得到了有效驗(yàn)證，為高能量密度鋰硫電池在包括電動航空等新興領(lǐng)域的應(yīng)用提供了有價值的指導(dǎo)。

近年來，團(tuán)隊(duì)在高安全電池的電解質(zhì)設(shè)計方面取得了一系列的重要科研成果。提出了具有熱響應(yīng)固化特性的新型電解質(zhì)體系（Adv. Mater. 2023, 35, 2209114），詳細(xì)研究了其工作機(jī)制（ACS Energy Lett. 2024, 9, 10, 4800–4809），實(shí)現(xiàn)了多溶劑向單溶劑體系的擴(kuò)展（Adv. Energy Mater. 2025, 15, 2500703）；通過優(yōu)化鋰鹽的組分和比例，提升了鋰金屬電池在長期循環(huán)和熱濫用條件下的電化學(xué)和熱穩(wěn)定性（Adv. Mater. 2024, 36, 2307370）。在全固態(tài)電池設(shè)計方面，通過負(fù)極界面改性有效提升了硫化物基鋰金屬固態(tài)電池的循環(huán)穩(wěn)定性（Adv. Funct. Mater.2025, 35, 2500703）。

論文第一作者為東南大學(xué)博士研究生姜豐，通訊作者為程新兵教授，東南大學(xué)為第一通訊單位。該工作得到了國家自然科學(xué)基金、江蘇省杰出青年基金等項(xiàng)目的資助。