美国研发可在零下10摄氏度工作的锂金属电池

盖世汽车报：锂电池或锂金属电池都使用锂金属作为阳极。在过去的几十年里，可充电锂电池已被广泛用于为各种电子设备供电，如玩具、便携式消费设备和电动汽车。

然而，这种电池通常在室温下实现可靠的性能，当温度降至-10摄氏度以下时，其能效、功率和循环寿命显著降低。这种电池在低温下工作不好是一个主要缺点，极大地限制了它在特别寒冷的气候下的使用。这种缺点的主要原因是，当温度低于-10摄氏度时，固体电解质界面变得不稳定，导致在锂电镀过程中在电池阳极上出现枝晶。据外媒报道，美国宾夕法尼亚州立大学和阿贡国家实验室的一个研究团队最近开发了一种新的锂金属电池设计，可以克服上述缺点。研究人员发现，与之前开发的锂电池相比，这种新型电池在低温下表现非常好。一开始，研究人员仔细检查了低温下的锂金属电池，以更好地了解影响其性能的因素。他们观察到，当温度低于-15摄氏度时，电池的SEI将具有高且不均匀的结晶度，极大地限制了氟化锂纳米盐等被动SEI成分的形成，导致表面钝化不良、锂腐蚀和阳极树枝状生长。在室温下，添加其他层来保护阳极、使用替代电解质或引入锂主电极可以防止这种影响。然而，在低温下控制SEI纳米结构更具挑战性，并可能导致电池运行不稳定。因此，研究人员设计了一种纳米级无源SEI，使锂金属阳极能够在低温下稳定工作。研究人员提出，可以通过在铜集电器表面组装1,3苯基二磺酰氟单层来控制锂电池中的SEI纳米结构和锂成核。新引入的电化学活性单层改变了界面的化学环境，促进了氟化锂在锂表面的形成。通过改变电池界面的化学环境，研究人员推出了一种新的设计策略，该策略改变了电解质分解的途径和动力学，从而提高了钝化质量并产生了不同的SEI。更具体地，单层在铜集流体上形成亲锂阴离子。当该界面处的锂离子浓度较低时，它可以引导锂的成核和生长。在低温下，这种设计策略导致多层SEI的形成，其由富含氟化锂的内相和非晶外层组成。此外，这种无源多层SEI与传统锂金属电池中的非无源SEI有很大不同。传统锂金属的SEI层在低温下具有高结晶度，并且主要是Li2CO3结构。在测试中，研究人员使用了一种新的设计来测量和制造一种新电池，并发现它在低温下也取得了良好的性能。更具体地说，这种方法成功地抑制了锂的电偶腐蚀和自放电，使锂在-60℃至45℃的所有温度下都能稳定沉积。研究人员发现，使用他们的方法生产2.0？mAh锂/LiCoO2电池可以在零下15摄氏度下实现200次充放电循环，充满电需要45分钟。未来，这一设计策略可能为开发新型节能锂电池铺平道路，使其能够在温度低于-10摄氏度或-15摄氏度的国家或地区可靠运行。

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