黄苇苇教授、张其春教授，AS最新综述：离子液体电解质在金属离子可充电电池中的最新进展- 大数跨境

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黄苇苇教授、张其春教授，AS最新综述：离子液体电解质在金属离子可充电电池中的最新进展

科学材料站

2021-05-13

导读：该文章综述了常用离子液体电解质的组成、分类及其在Li、Na、K、Mg、Zn、Al离子电池中的应用。

文章信息

离子液体电解质在可充电金属离子电池中的最新进展

第一作者：周文君

通讯作者：黄苇苇*，张其春*

单位：燕山大学，香港城市大学

研究背景

从基础研究到工业过程，电池储能系统在现代人类社会的信息化、移动化和智能化中发挥了巨大的作用。锂、钠、钾、镁、锌、铝等二次电池系统推动了社会的进步和可持续发展，因而受到了广泛关注、研究以及应用。电解液作为二次电池的关键组成之一，在正负极之间担任离子传输的媒介，对电池技术的突破和升级起着至关重要的作用。

室温离子液体具有导电率高、不易燃性、不挥发性、热稳定性好、电化学窗口宽等特点，在各种电池系统中得到了广泛的应用，在提高电池循环稳定性、动力学性能、能量密度、使用寿命和安全性等方面显示出巨大的潜力。

其本质是由阴阳离子组成的液态有机盐或无机-有机杂化盐，它们电化学特性的调节可以通过改变阴阳离子的组成来实现。它们被广泛认为是最有前途的绿色溶剂之一，另外在催化、分离科学、合成和储能等领域均有广泛的应用。

文章简介

基于此，燕山大学黄苇苇教授与香港城市大学教授张其春教授合作，在国际知名期刊Advanced Science上发表题为“Recent Advance in Ionic-Liquid-Based Electrolytes for Rechargeable Metal-Ion Batteries”的综述文章。

该文章综述了常用离子液体电解质的组成、分类及其在Li、Na、K、Mg、Zn、Al离子电池中的应用。不同的离子液体电解质、添加剂、聚离子液体和基于离子液体的固态/凝胶电解质对电池的电化学性能有不同的贡献。在金属离子电池中引入离子液体可以确保高安全性和优秀的循环稳定性（超过数千甚至数万次循环）。

本文要点

要点一：可充电金属离子电池的应用前景

电池作为储能的重要能量载体，具有效率高、应用灵活、响应速度快等优点。随着社会的不断进步，以及对清洁能源和环境友好的迫切要求，长寿命、高能量/功率密度和高安全性的可充电金属离子电池(Li、Na、K、Mg、Zn、Al等)在储能市场和其他实际应用中扮演着重要角色。

图1. Li, Na, K, Mg, Zn和Al元素的理论比容量、标准电极电位、离子半径以及地壳丰度

要点二：离子液体电解液对二次电池的突出作用

电解液作为充电电池的关键部件之一，对正负极之间电子传递起着重要的作用，这对于赋予电池高电压、高比能、长循环寿命、高安全性等都是必要的。

离子液体宽的液相范围，高耐热，低蒸汽压，宽的电化学窗口和高离子电导率，可有效拓宽二次电池的使用温度、在确保电池长寿命、高能量/功率密度的同时提高其安全性。

要点三：聚离子液体电解质

相对于离子液体，聚离子液体具有更高的热稳定性、良好的成膜能力、稳定的化学相容性，另外可以有效抑制枝晶形成，是一类重要的电解质基体。根据阴阳离子在主链上的位置，它们可分为聚阳离子、聚阴离子和聚两性离子液体。

但由于所有单体都附着在聚合物链上，离子流动性降低。此时，可通过添加离子液体、纳米粒子或引入一定量的常用电解液溶剂（碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯等）来提高聚离子液体的电导率和机械强度。

图2. 三种类型的离子液体，分别为聚阳离子、聚两性和聚阴离子离子液体

要点四：展望

未来对离子液体电解质的主要研究应集中于它们在各种电池体系中的工作机理、兼容性以及对各种电池系统固有缺陷的改进等方面。

目前离子液体电解质的应用主要受限于高昂的价格，作者认为它们的高成本可以通过其带来的额外电池性能来弥补，包括超长的耐久性、高安全性和广泛的适用温度范围等，而且随着工业化技术的不断创新和突破，解决这一问题指日可待。随着离子液体技术的逐步成熟，将为提高二次电池电化学性能、推动电池发展提供有价值的解决方法。

本文链接

Recent Advance in Ionic-Liquid-Based Electrolytes for Rechargeable Metal-Ion Batteries

https://doi.org/10.1002/advs.202004490

通讯作者介绍

黄苇苇教授。

2011年获南开大学物理化学博士学位。随后加入南开大学陈军院士课题组，担任博士后研究员。2013年加入燕山大学，现为环境与化学工程学院教授，博士生导师。2019年赴新加坡南洋理工大学进行学术访问。长期从事有机锂/钠/钾离子电池的研究工作。以第一作者和通讯作者身份在Angew. Chem. Int. Ed., Sci. Adv., Energy Storage Mater., Chem. Mater., Adv. Sci.等学术刊物上发表多篇研究论文。

张其春教授。

香港城市大学教授，英国皇家化学会会士， 2018-2020年连续入选全球高被引学者。研究兴趣包括新型有机半导体材料的合成、自组装及其应用，在Nature Chem., Nature Commun., J. Am. Chem. Soc, Angew. Chem. Int. Ed., Chem. Sci, Adv. Energy Mater., ACS Nano, Chem. Commun., Adv. Funct. Mater., Org. Lett., J. Org. Chem.等期刊发表论文390余篇，被引超20000余次，H-index: 80。