随着电动汽车和规模化储能的迅猛发展,对高能量密度、长循环寿命且本质安全的可充电电池需求日益迫切。然而,电池内部持续产生的微量有害副产物,如水分、酸、枝晶和活性氧自由基等,如同“内部腐蚀剂”,不断侵蚀电极材料、破坏界面、引发安全隐患,严重制约了电池性能的突破。如何从源头精准捕获并消除这些“破坏分子”,已成为电池领域的一项关键挑战。
近日,青岛科技大学王庆富教授联合中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员团队,在国际知名期刊《eScience》上发表了题为“Game Changers: Scavenging Materials for Nonaqueous Rechargeable Battery Applications”的前瞻性综述论文。该论文首次系统性地提出了“电池净化”材料的概念框架,全面总结了这类功能材料在锂、钠、锌、镁等非水可充电电池中的应用,为设计下一代高性能、高安全性电池提供了全新的材料解决方案和理论指导。
该综述指出,电池中的有害物种主要来源于电解液残留、盐分解、电极结构演变及副反应,可归结为六大类:水分及衍生的氟化氢(HF)、五氟化磷(PF5)、金属枝晶、燃烧自由基、活性氧物种/自由基以及气体副产物(如CO2)。它们分别导致电极结构崩塌、电解液链式分解、隔膜刺穿、热失控风险加剧和电池鼓包等问题。针对这些“破坏分子”,研究团队系统梳理了与之对应的“净化材料”及其“捕获”机制。“净化材料”的策略是一种高效、低成本的“靶向清除”方案,它不改变电池核心材料,仅通过微量添加或界面修饰,即可从源头净化电池内部环境,实现电池综合性能的全面提升。这项工作不仅系统梳理了该领域的最新进展,更前瞻性地指出了当前净化材料存在的局限性(如副产物影响、作用时效性)和未来发展方向,呼吁开发具有可再生功能、智能响应特性的下一代清道夫材料。
该工作以研究论文的形式发表于国际知名期刊eScience(一区Top期刊,IF=36.6)上,题目为“Game changers: scavenging materials for nonaqueous rechargeable battery applications”。青岛科技大学为文章的第一通讯单位,高分子科学与工程学院硕士研究生陈兴为论文第一作者,通讯作者为高分子科学与工程学院王庆富教授,中国科学院青岛生物能源与过程研究所张焕瑞副研究员、穆鹏州博士和崔光磊研究员。
论文链接为:https://doi.org/10.1016/j.esci.2025.100411。