研究人员探讨锂金属电极老化概况

即使手机关机，电池最终也会耗尽。在用于长途电动汽车的锂金属池中也存在同样的问题。据外媒报道，斯坦福大学和美国能源部SLAC国家加速器实验室的科学家首次从原子水平观察到这种被称为“储存老化”的过程是如何攻击锂金属阳极的。研究人员发现，在电池老化过程中，两个电极之间携带电荷的电解质会产生重大影响。

研究表明，锂金属电池在储存老化24小时后，可以消耗2-3%的电量。在锂离子电池中，这需要三年时间。尽管电荷损失的现象会逐渐减缓，但累积可能会使电池寿命缩短25%。我们的研究表明，电解质对蓄电池的稳定性有显著影响， ”SLAC和斯坦福大学的崔毅教授说。与锂离子电池一样，锂金属电池通过锂离子在电极之间来回传输电荷。然而，锂离子电池的负极是由石墨制成的，而锂金属电池的负极则是由锂金属制成的nd具有在给定体积和重量内存储更多能量的潜力。对于电动汽车来说，这具有重要意义，因为它有助于降低成本和增加续航里程。

下一代锂金属电池会经历快速的储存老化，这会耗尽电池容量，降低其储存能量的能力，即使在不使用时也是如此。美国能源部电池500联盟的目标是开发可用于电动汽车的锂金属电池，使其重量和能量密度约为现有电池的三倍。他们在提高电池的能量密度和寿命方面取得了巨大进展，但仍有许多问题需要解决，例如负极上的树枝状生长，这可能导致电池短路和点火。在过去的几年里，研究人员一直在寻找这些问题的解决方案，包括防止锂金属负极中树枝状生长的新涂层和防止树枝状生长。研究人员David Boyle表示，这一领域的大部分研究都集中在如何减少重复充电和放电造成的损坏上，因为重复充电和充电会导致电极应变和裂纹，影响电池的工作寿命。在这项研究中，研究团队希望通过测试不同化学成分的各种电解质来了解锂金属负极老化的概况。首先，Boyle测量了含有不同电解质的锂金属电池的充电效率。然后，研究人员小心地拆下充满电的电池，让它静置一天，然后取下负极，负极在液氮中快速冷冻，以在储存和老化过程中的特定时间点保存其结构和化学成分。接下来，使用Cryo-EM检测负极，并在接近原子的尺度上观察各种电解质对负极的影响。这是几年前崔的团队首创的一种研究电池组件内部活动状态的方法。

每当锂金属电池充电时，就会在负极上沉积一层新的锂金属。电解质会腐蚀这种新的金属表面，在负极表面形成SEI层。研究表明，即使不使用电池，腐蚀仍在继续，在储存老化后，SEI层也会变得不规则和结块。在目前的锂离子电池中，由于电解液腐蚀，负极表面会形成固体电解质面膜（SEI），这将消耗少量电池容量，但可以保护负极免受进一步腐蚀。总体而言，平滑稳定的SEI层有利于电池的正常运行。但当锂金属电池充电时，负极表面会沉积一层薄薄的锂金属，为储存老化过程中的腐蚀提供了新的表面。在测试过程中，每种电解质都会产生独特的SEI生长模式，有些会形成块状或薄膜，或者两者兼而有之。这些不规则的生长模式与加速的腐蚀速率和chargin的损失有关……

效率与预期相反，与性能不佳的电解质一样，最初支持高效充电的电解质也会因存储老化而降低效率。因此，最小化存储老化的挑战是最小化电解质的腐蚀性和锂金属对负极表面的腐蚀。研究人员表示，“真正重要的是，我们有了一种新的电解质研究方法。这为获得下一代电池技术所需的参数提出了新的电解质设计标准

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