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陽(yáng)極鋰電池 90次循環(huán)后保持80%容量

據外媒報道，雖然鋰離子電池仍有改進(jìn)的空間，但業(yè)內大多數人認為固態(tài)電池將成為下一代優(yōu)選電池。而如今，特斯拉的電池研究伙伴公布了一種讓鋰離子電池獲得更高能量密度的方法，可讓大家不再將研究重點(diǎn)只專(zhuān)注于固態(tài)電池。

加拿大戴爾豪斯大學(xué)（Dalhousie University）一個(gè)由Jeff Dahn教授領(lǐng)導的小組，與特斯拉加拿大研發(fā)中心的同事，以及加拿大滑鐵盧大學(xué)（University of Waterloo）合作，展示了使用雙鹽電解質(zhì)（氟代碳酸乙烯酯（FEC）：碳酸乙烯酯（DEC）溶液中含有1M二氟草酸硼酸鋰LiDFOB和0.2M四氟硼酸鋰LiBF4）制成的無(wú)陽(yáng)極鋰金屬電池。研究人員表示，他們的研究結果可能會(huì )將人們的研究重點(diǎn)從固態(tài)電池（SSB）轉移到可充電、高能量密度電池上。
用鋰金屬代替傳統的石墨陽(yáng)極是提高鋰離子電池能量密度*流行的方法之一，可以將電池的能量密度提升40%至50%。但是，只有鋰金屬陽(yáng)極超厚時(shí)，才能顯著(zhù)增加能量密度，但是實(shí)際中根本無(wú)法采用非常厚的陽(yáng)極，因此研究人員表示需要將鋰金屬陽(yáng)極的厚度限制在50微米。限制鋰過(guò)量是一個(gè)巨大的挑戰，因為其金屬鋰表面極易形成枝晶，會(huì )增加陽(yáng)極與電解質(zhì)的反應活性，隔離金屬鋰，導致電池循環(huán)效率低下。而在無(wú)陽(yáng)極的電池中，此類(lèi)循環(huán)效率低下的表現會(huì )尤為明顯，因為此類(lèi)電池直接采用裸銅陽(yáng)極構建，在**次充電循環(huán)時(shí)，鋰會(huì )直接在陰極沉積。由于電池中沒(méi)有過(guò)多的鋰，電池體積得以*小化，能量密度得以*大化，但是性能可能會(huì )非常差，因為在循環(huán)中沒(méi)有存儲的鋰來(lái)持續為電池補充能量。
為了提高液體電解質(zhì)的循環(huán)穩定性，人們采取了許多不同的方法，如高鹽濃度電解質(zhì)、醚類(lèi)溶劑、氟化化合物、電解質(zhì)添加劑、陽(yáng)極表面涂層和外部壓力等。此外，還有一種方法是采用固體電解質(zhì)，但是固體電解質(zhì)并沒(méi)有成功地完全消除鋰枝晶問(wèn)題，而且目前尚不清楚該技術(shù)是否與現有的鋰離子電池生產(chǎn)設備兼容，而目前在鋰離子電池生產(chǎn)設備上的投資已達數十億美元。但是，如果使用液體電解質(zhì)就可生產(chǎn)**、長(cháng)壽命的鋰金屬電池，那現有的生產(chǎn)設備就可以快速實(shí)現高能量密度電池的商業(yè)化。
在此次研究中，研究人員采用了LiDFOB和LiBF4制成的電解質(zhì)，讓現有的無(wú)陽(yáng)極電池的循環(huán)壽命達到了*長(cháng)，90次循環(huán)之后，仍可保持80%的容量。由于該鋰金屬陽(yáng)極由包裝緊密直徑為50微米的鋰組成，即使50次循環(huán)之后，也不會(huì )生長(cháng)枝晶。此外，與單鹽電解質(zhì)復合物相比，雙鹽電解質(zhì)復合物在不同的電壓下表現更好，而且不太依賴(lài)外部壓力，就可實(shí)現良好的循環(huán)性能。
在新電池中，鋰離子會(huì )從電池陰極中提取出來(lái)，在初次充電時(shí)，鋰離子以金屬鋰的形式沉積到集電器上（Cu）。在放電過(guò)程中，鋰離子從集電器剝離，直接進(jìn)入陰極。
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