特斯拉加拿大研发中心合作大学制无阳极锂电池 90次循环后保持80%容量

据国外媒体报道，尽管锂离子电池仍有改进空间，但大多数业内人士认为固态电池将成为下一代的首选。现在，特斯拉的电池研究合作伙伴公布了一种方法，可以让锂离子电池获得更高的能量密度，让大家不再只关注固态电池。

(图片来源:electrek.co)加拿大达尔豪西大学杰夫·达恩教授领导的团队与特斯拉加拿大R&D中心和加拿大滑铁卢大学的同事合作。展示了由复盐电解质(氟代碳酸亚乙酯(FEC):碳酸亚乙酯(DEC)溶液包含1M二氟草酸硼酸锂LiDFOB和0.2M四氟硼酸锂LiBF4)制成的无阳极锂金属电池。研究人员表示，他们的发现可能会将人们的研究重点从固态电池(SSB)转移到可充电的高能量密度电池上。用金属锂代替传统的石墨负极是目前最受欢迎的提高锂离子电池能量密度的方法之一，可以将电池的能量密度提高40%到50%。然而，只有当锂金属阳极超厚时，才能显著提高能量密度，但在实践中，不可能使用非常厚的阳极，因此研究人员表示，有必要将锂金属阳极的厚度限制在50微米。限制锂过量是一个很大的挑战，因为金属锂表面容易形成枝晶，会增加正极和电解液的反应性，析出金属锂，导致电池循环效率低。在没有阳极的电池中，循环效率低会特别明显，因为这种电池直接用裸铜阳极构造，第一次充电循环锂会直接沉积在阴极上。因为电池中没有太多的锂，所以电池体积最小化，能量密度最大化，但是性能可能会很差，因为循环中没有储存锂来为电池持续补充能量。为了提高液体电解液的循环稳定性，采用了许多不同的方法，如高盐浓度电解液、醚类溶剂、含氟化合物、电解液添加剂、阳极表面涂层和外压等。此外，另一种方法是使用固体电解质，但固体电解质并没有完全消除锂枝晶的问题，也不清楚这种技术是否与现有的锂离子电池生产设备兼容，锂离子电池生产设备的投资已经达到数十亿美元。但如果能利用液体电解质生产出安全长寿的锂金属电池，现有的生产设备可以快速实现高能量密度电池的商业化。在这项研究中，研究人员使用LiDFOB和LiBF4制成的电解液，使现有无阳极电池的循环寿命达到最长，经过90次循环后，仍能保持80%的容量。由于锂金属阳极由直径为50微米的紧密堆积的锂组成，即使在50次循环后，枝晶也不会生长。此外，与单盐电解质复合物相比，复盐电解质复合物在不同电压下的表现更好，并且可以在不太依赖外部压力的情况下实现良好的循环性能。在新电池中，锂离子将从电池的阴极提取，并在初始充电期间以金属锂的形式沉积在集流体(Cu)上。在放电过程中，锂离子从集流体中剥离并直接进入阴极。据国外媒体报道，尽管锂离子电池仍有改进空间，但大多数业内人士认为固态电池将成为下一代的首选。现在，特斯拉的电池研究合作伙伴公布了一种方法，可以让锂离子电池获得更高的能量密度，让大家不再只关注固态电池。

(图片来源:electrek.co)加拿大达尔豪西大学杰夫·达恩教授领导的团队与特斯拉加拿大R&D中心和加拿大滑铁卢大学的同事合作。由复盐电解质(氟代碳酸乙烯酯(FEC):碳酸乙烯酯(DEC)溶液制成的无阳极锂金属电池含有1M二氟草酸硼酸锂LiDFOB和0.2M四氟化锂……硼酸盐LiBF4)。研究人员表示，他们的发现可能会将人们的研究重点从固态电池(SSB)转移到可充电的高能量密度电池上。用金属锂代替传统的石墨负极是目前最受欢迎的提高锂离子电池能量密度的方法之一，可以将电池的能量密度提高40%到50%。然而，只有当锂金属阳极超厚时，才能显著提高能量密度，但在实践中，不可能使用非常厚的阳极，因此研究人员表示，有必要将锂金属阳极的厚度限制在50微米。限制锂过量是一个很大的挑战，因为金属锂表面容易形成枝晶，会增加正极和电解液的反应性，析出金属锂，导致电池循环效率低。在没有阳极的电池中，循环效率低会特别明显，因为这种电池直接用裸铜阳极构造，第一次充电循环锂会直接沉积在阴极上。因为电池中没有太多的锂，所以电池体积最小化，能量密度最大化，但是性能可能会很差，因为循环中没有储存锂来为电池持续补充能量。为了提高液体电解液的循环稳定性，采用了许多不同的方法，如高盐浓度电解液、醚类溶剂、含氟化合物、电解液添加剂、阳极表面涂层和外压等。此外，另一种方法是使用固体电解质，但固体电解质并没有完全消除锂枝晶的问题，也不清楚这种技术是否与现有的锂离子电池生产设备兼容，锂离子电池生产设备的投资已经达到数十亿美元。但如果能利用液体电解质生产出安全长寿的锂金属电池，现有的生产设备可以快速实现高能量密度电池的商业化。在这项研究中，研究人员使用LiDFOB和LiBF4制成的电解液，使现有无阳极电池的循环寿命达到最长，经过90次循环后，仍能保持80%的容量。由于锂金属阳极由直径为50微米的紧密堆积的锂组成，即使在50次循环后，枝晶也不会生长。此外，与单盐电解质复合物相比，复盐电解质复合物在不同电压下的表现更好，并且可以在不太依赖外部压力的情况下实现良好的循环性能。在新电池中，锂离子将从电池的阴极提取，并在初始充电期间以金属锂的形式沉积在集流体(Cu)上。在放电过程中，锂离子从集流体中剥离并直接进入阴极。

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