注：文末有研究团队简介 及本文作者科研思路分析
金属锂以极高的容量（3860 mA•h•g-1）和最负的电势（-3.040 V vs. 标准氢电极）成为储能界的“圣杯”，是下一代高能电池最有前景的负极材料之一。以金属锂为负极的锂硫电池表现出2600 Wh•kg-1的理论能量密度，有着巨大的产业前景。负极枝晶生长是限制锂硫电池、锂空气电池、锂金属固态电池发展的共性问题。由于金属锂十分活泼，容易与电解液发生反应引起固液界面的不稳定，造成锂离子和电子在界面处的不均匀分布，带来树枝状锂枝晶的沉积。锂枝晶一方面可能刺穿隔膜，到达电池正极造成电池短路、热失控、着火爆炸等一系列安全事故；另一方面也会加剧金属锂和电解液的反应，导致死锂出现，降低电池的利用率和使用寿命。
为了构建稳定的固液界面，抑制枝晶生长，清华大学的张强研究团队与河南师范大学联合采用含有硝酸锂和多硫化锂的醚类电解液作为诱导剂，通过电沉积的方法预先在金属锂表面沉积一层可移植的固态电解质保护膜。含有保护层的金属锂可以移植到不含任何负极保护剂、添加剂的电解液中稳定利用，抑制锂枝晶的形成和生长，从而提高负极的利用率。当采用硫或者三元氧化物正极材料，分别在醚类或碳酸酯类电解液中与上述带有固态电解质界面膜的金属锂结合，固态电解质保护膜可以移植到新体系的电池中抑制金属锂枝晶的生长，成功实现了高能量密度高稳定性的锂硫电池、锂金属电池的有效构筑。
该工作提供一种保护金属锂负极的新方法。通过构筑可移植固态电解质界面膜，使本不兼容的体系可以协同作用于金属锂，有效保护金属锂表面，实现金属锂电池的稳定循环。该方法不仅适用于金属锂体系，对于锂电池和其他高能钠电池、镁电池和锌电池都具有重要的借鉴意义。
相关工作发表在Cell Press旗下的Chem 期刊上。该工作的共同第一作者是清华大学的博士生程新兵和河南师范大学的硕士生闫崇（清华大学访问学生），通讯作者是清华大学化工系博士生导师张强。清华大学化工系博士生陈翔、机械系本科生管超、化工系副研究员黄佳琦（现北京理工大学教授）、化工系博士生彭翃杰、化工系博士生张睿以及河南师范大学化学系杨书廷教授是本工作的共同作者。该工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、清华大学自主科研项目、清华大学计算平台的支持。
近年来，清华大学张强教授研究团队致力于金属锂负极的研究。通过原位手段研究固态电解质面膜，采用纳米骨架、人工SEI、表面固态电解质保护调控金属锂的沉积行为，抑制锂枝晶生长，实现了金属锂的高效安全利用。相关研究工作发表在Small, 2014, 10, 4257; ACS Nano, 2015, 9, 6373; Adv. Mater., 2016, 28, 2155-2162; Adv. Mater., 2016, 28, 2888-2895; Adv. Sci., 2016, 3, 1500213; Energy Storage Mater., 2016, 3, 77-84; Adv. Funct. Mater., 2017, 27, 1605989; Energy Storage Mater., 2017, 6, 18-25; Angew. Chem. Int. Ed., 2017, DOI: 10.1002/anie.201702099等。
该论文作者为：Xin-Bing Cheng, Chong Yan, Xiang Chen, Chao Guan, Jia-Qi Huang, Hong-Jie Peng, Rui Zhang, Shu-Ting Yang, Qiang Zhang
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面）：
Implantable Solid Electrolyte Interphase in Lithium Metal Batteries
Chem, 2017, 2, 258–270, DOI: 10.1016/j.chempr.2017.01.003
科研团队简介
张强，清华大学化工系特聘研究员；从事能源材料，尤其是金属锂、锂硫电池、电催化及三维石墨烯的科学研究。
曾获得万人计划青年拔尖人才、英国皇家学会Newton Advanced Fellowship、国家自然科学基金优秀青年基金、The 2012-2015 Excellence in Review Awards for CARBON等奖励。担任Philosophical Transactions A编委、Adv. Mater Interfaces编委、J. Energy Chem.编辑、Energy Storage Mater.客座编辑。
主持国家重点研发计划课题、自然科学基金、教育部博士点基金、北京市科委等项目，以第一作者/通讯作者在Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Nat. Commun.、Sci. Adv.、Chem 等发表SCI收录论文100余篇；他引10000次，h因子56，35篇为ESI高引用学术论文。
http://www.x-mol.com/university/faculty/21097
科研思路分析
Q：这项研究的最初目的是什么？或者说想法是怎么产生的？
A：我们研究团队致力于高比能电化学储能器件的基础研究和应用开发。在软包电池尺度评测基于硫正极和锂金属负极构筑的Ah级别锂硫电池时，发现金属锂失效是导致高容量软包电池失效的重要原因，金属锂枝晶也会诱发安全隐患。因此，在研究金属锂负极表界面现象时，幸运的发现能够通过含硝酸锂和多硫化锂的醚类电解液作为诱导剂预先在金属锂表面沉积一层可移植的固态电解质保护膜，用于构筑高比能金属锂电池。
Q：研究过程中遇到的最大挑战在哪里？
A：本项研究中最大的挑战是如何有效地表征、操控金属锂。金属锂遇水或者潮湿的空气会发生化学反应产生可燃气体。如何安全有效地操作、保护金属锂是本课题的关键。研究团队在金属锂方面长期的研究经验积累起到了至关重要的作用。清华大学多学科交叉平台以及课题组间的高效合作保障了该项目的顺利开展。
Q：本项研究成果最有可能的重要应用有哪些？哪些领域的企业或研究机构最有可能从本项成果中获得帮助？
A：本项目所得的可移植固态电解质界面膜保护的金属锂能够移植到多种电化学体系，实现高比能金属锂电池的概念验证和原型验证。通过材料、电解质和制程的匹配，有望形成高比能电池。如果高比能电池的基础研究和应用开发取得突破，有望提升电动汽车的续航里程，延长手机等便携电子设备的服役时间，有效存储可再生能源，并应对来自能源存储与转化领域的全人类挑战。
近期新增期刊
Journal of Membrane Science;
Bioconjugate Chemistry; Carbon;
ChemPlusChem; Advanced Science;
Food Hydrocolloids; Food Chemistry
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