摘要：2024年11月28日，清华大学刘凯副教授在国际顶级期刊Nature Energy发表题为《Breaking the molecular symmetricity of sulfonimide anions for high-performance lithi

在极端条件下运行的锂金属电池受到缓慢的去溶剂化过程和电极-电解质界面稳定性差的限制。然而，对分子水平上界面化学的理解不足阻碍了合理的界面设计。

2024年11月28日，清华大学刘凯副教授在国际顶级期刊Nature Energy发表题为《Breaking the molecular symmetricity of sulfonimide anions for high-performance lithium metal batteries under extreme cycling conditions》的研究论文，陆洋、曹清彬、章伟立为论文共同第一作者，刘凯副教授为论文通讯作者。

刘凯，清华大学化学工程系副教授、特别研究员。2009年本科毕业于吉林大学；2014年在清华大学获博士学位（导师：张希教授）；2014-2019年在斯坦福大学从事博士后研究（合作导师：崔屹教授）；2019年加入清华大学。

刘凯副教授的研究领域为锂电池电解质（电解液和聚合物固态电解质）；全固态锂电池；碱性离子膜；电池安全材料。他长期从事新能源高分子膜材料（如固态锂电池电解质膜，碱性离子膜）和电池安全材料研究。

以第一作者或者通讯作者身份在国际知名学术期刊发表论文22篇，其中三篇论文为ESI高被引论文。研究成果多次被Science、Nature Materials、NPG Asia Materials等学术刊物撰专文Highlight和报道，同时也被CNN、BBC和科技日报等媒介报道。

作者设计并合成了一系列具有独特氧化性的亚磺酰亚胺盐，双(三氟甲烷亚磺酰基)亚胺锂(LiBSTFSI)和(三氟甲烷亚磺酰基)(三氟甲烷磺酰基)亚胺锂(LiSTFSI)。它们的分子结构和相间化学是关联的。

研究人员通过不对称LiSTFSI诱导阴离子电聚合，形成双层正极-电解质界面（CEI），其中LiF占主导地位，内部由带负电荷的无机聚合物覆盖。

LiSTFSI衍生的CEI具有卓越的机械稳定性和加速的Li+去溶剂化，有助于在超高倍率和超低温条件下实现稳定循环以及卓越的能量和功率密度。

474 Wh kg−1的工业软包电池在30 °C时达到了5,080 W kg−1的极高功率密度，并在-20 °C（382 Wh kg−1、3,590 W kg−1）和−40°C (321 Wh kg−1, 1,517 W kg−1)时实现了出色的低温能量和功率密度。

综上，这篇论文研究了通过打破亚磺胺阴离子的分子对称性来设计和合成一系列亚磺酰亚胺盐，特别是不对称的锂盐LiSTFSI，这些盐在锂金属电池的正极表面诱导阴离子氧化和电聚合，形成了具有优异机械稳定性和加速界面动力学的双层无机正极-电解质界面（CEI），从而在极端循环条件下实现了高性能的锂金属电池。

这项研究为锂金属电池的设计提供了新的分子级策略，特别是在提高电池在极端条件下的性能方面，具有重要的实际应用前景，这对于需要高能量密度电源的领域，如电动汽车和便携式电子设备，具有应用价值。

Lu, Y., Cao, Q., Zhang, W.et al. Breaking the molecular symmetricity of sulfonimide anions for high-performance lithium metal batteries under extreme cycling conditions. Nat Energy (2024)

来源：华算科技