近日，我院乔羽教授课题组在锂电创新型气体添加剂、电化学原位红外光谱研究界面动态膜构筑过程的研究工作中取得重要进展。相关成果以“Gaseous SO2 Additive for High-Energy-Density Li-Ion Battery”为题发表于Angewandte Chemie International Edition（DOI: 10.1002/anie.202523079）。
锂离子电池（LIBs）已成为现代储能的基石，在全球加速向碳中和转型以及可再生能源领域迅速发展的背景下，对具有更高能量密度、更长循环寿命、更宽工作温度范围和更低生产成本LIBs的需求达到了前所未有的水平。作为离子传输的功能介质，电解液在决定这些性能指标方面发挥着关键作用。电解液添加剂工程是抑制高能量密度电池界面降解和提高循环稳定性的关键。在优化电解液的各种策略中，添加成膜添加剂已被证明是一种有效的、能够形成坚固的固体电解质界面（SEI）的策略。用这种工程化的SEI充当保护屏障，可减少电解液分解并提高电池的长期循环稳定性。然而，传统固体或液体添加剂普遍存在生产成本高、化学稳定性不足以及界面钝化效率低等固有缺陷，严重制约了其实际应用。
针对上述问题，乔羽教授课题组提出了一种可持续的电解液工程策略，即将工业废弃物产生的SO2重新利用，作为一种双功能性气体添加剂，从而为高能量密度锂电池中的关键问题提供有效解决方案。通过SEIRAS技术，科研团队证明了SO2具有超高的还原电位（2.6 V vs . Li+/Li），在阳极优先分解形成无机硫氧化物盐，且有效抑制溶剂分解，构建坚固的SEI。同时，SO2氧化电位低，也能通过优先电化学反应在阴极形成含硫界面相。SO2使4.4 V级AG || NCM613软包电池具有出色的循环性能，循环次数超过800次，容量保留率为88.2%，并且具有从-30°C到45°C的出色耐温性。这项工作通过将SO2融入现有的电解质生产流程中，提供了一种可持续、成本低廉且环保的替代传统添加剂的方案。此外，工业废气的闭环回收符合循环经济原则，将有害污染物转化为高价值的电池组件。除了性能提升之外，这项工作还重新定义了可持续的锂离子电池设计，证明了废物再利用能够弥补环境责任与先进储能技术之间的差距。
该项研究工作在我院邹业国副教授、乔羽教授的指导下完成，2024级非全日制（产业）博士生朱学全、2024级硕士生林月丽为共同第一作者。该论文得到了国家自然科学基金（22021001、92472203、22288102、22509169），醇醚酯化工清洁生产国家工程实验室，以及表界面化学全国重点实验室的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202523079
