特斯拉加拿大研發中心合作大學制無陽極鋰電池 90次循環后保持80%容量

據國外媒體報道，盡管鋰離子電池仍有改進空間，但大多數業內人士認為固態電池將成為下一代的首選。現在，特斯拉的電池研究合作伙伴公布了一種方法，可以讓鋰離子電池獲得更高的能量密度，讓大家不再只關注固態電池。

(圖片來源:electrek.co)加拿大達爾豪西大學杰夫·達恩教授領導的團隊與特斯拉加拿大R&D中心和加拿大滑鐵盧大學的同事合作。展示了由復鹽電解質(氟代碳酸亞乙酯(FEC):碳酸亞乙酯(DEC)溶液包含1M二氟草酸硼酸鋰LiDFOB和0.2M四氟硼酸鋰LiBF4)制成的無陽極鋰金屬電池。研究人員表示，他們的發現可能會將人們的研究重點從固態電池(SSB)轉移到可充電的高能量密度電池上。用金屬鋰代替傳統的石墨負極是目前最受歡迎的提高鋰離子電池能量密度的方法之一，可以將電池的能量密度提高40%到50%。然而，只有當鋰金屬陽極超厚時，才能顯著提高能量密度，但在實踐中，不可能使用非常厚的陽極，因此研究人員表示，有必要將鋰金屬陽極的厚度限制在50微米。限制鋰過量是一個很大的挑戰，因為金屬鋰表面容易形成枝晶，會增加正極和電解液的反應性，析出金屬鋰，導致電池循環效率低。在沒有陽極的電池中，循環效率低會特別明顯，因為這種電池直接用裸銅陽極構造，第一次充電循環鋰會直接沉積在陰極上。因為電池中沒有太多的鋰，所以電池體積最小化，能量密度最大化，但是性能可能會很差，因為循環中沒有儲存鋰來為電池持續補充能量。為了提高液體電解液的循環穩定性，采用了許多不同的方法，如高鹽濃度電解液、醚類溶劑、含氟化合物、電解液添加劑、陽極表面涂層和外壓等。此外，另一種方法是使用固體電解質，但固體電解質并沒有完全消除鋰枝晶的問題，也不清楚這種技術是否與現有的鋰離子電池生產設備兼容，鋰離子電池生產設備的投資已經達到數十億美元。但如果能利用液體電解質生產出安全長壽的鋰金屬電池，現有的生產設備可以快速實現高能量密度電池的商業化。在這項研究中，研究人員使用LiDFOB和LiBF4制成的電解液，使現有無陽極電池的循環壽命達到最長，經過90次循環后，仍能保持80%的容量。由于鋰金屬陽極由直徑為50微米的緊密堆積的鋰組成，即使在50次循環后，枝晶也不會生長。此外，與單鹽電解質復合物相比，復鹽電解質復合物在不同電壓下的表現更好，并且可以在不太依賴外部壓力的情況下實現良好的循環性能。在新電池中，鋰離子將從電池的陰極提取，并在初始充電期間以金屬鋰的形式沉積在集流體(Cu)上。在放電過程中，鋰離子從集流體中剝離并直接進入陰極。據國外媒體報道，盡管鋰離子電池仍有改進空間，但大多數業內人士認為固態電池將成為下一代的首選。現在，特斯拉的電池研究合作伙伴公布了一種方法，可以讓鋰離子電池獲得更高的能量密度，讓大家不再只關注固態電池。

(圖片來源:electrek.co)加拿大達爾豪西大學杰夫·達恩教授領導的團隊與特斯拉加拿大R&D中心和加拿大滑鐵盧大學的同事合作。由復鹽電解質(氟代碳酸乙烯酯(FEC):碳酸乙烯酯(DEC)溶液制成的無陽極鋰金屬電池含有1M二氟草酸硼酸鋰LiDFOB和0.2M四氟化鋰……硼酸鹽LiBF4)。研究人員表示，他們的發現可能會將人們的研究重點從固態電池(SSB)轉移到可充電的高能量密度電池上。用金屬鋰代替傳統的石墨負極是目前最受歡迎的提高鋰離子電池能量密度的方法之一，可以將電池的能量密度提高40%到50%。然而，只有當鋰金屬陽極超厚時，才能顯著提高能量密度，但在實踐中，不可能使用非常厚的陽極，因此研究人員表示，有必要將鋰金屬陽極的厚度限制在50微米。限制鋰過量是一個很大的挑戰，因為金屬鋰表面容易形成枝晶，會增加正極和電解液的反應性，析出金屬鋰，導致電池循環效率低。在沒有陽極的電池中，循環效率低會特別明顯，因為這種電池直接用裸銅陽極構造，第一次充電循環鋰會直接沉積在陰極上。因為電池中沒有太多的鋰，所以電池體積最小化，能量密度最大化，但是性能可能會很差，因為循環中沒有儲存鋰來為電池持續補充能量。為了提高液體電解液的循環穩定性，采用了許多不同的方法，如高鹽濃度電解液、醚類溶劑、含氟化合物、電解液添加劑、陽極表面涂層和外壓等。此外，另一種方法是使用固體電解質，但固體電解質并沒有完全消除鋰枝晶的問題，也不清楚這種技術是否與現有的鋰離子電池生產設備兼容，鋰離子電池生產設備的投資已經達到數十億美元。但如果能利用液體電解質生產出安全長壽的鋰金屬電池，現有的生產設備可以快速實現高能量密度電池的商業化。在這項研究中，研究人員使用LiDFOB和LiBF4制成的電解液，使現有無陽極電池的循環壽命達到最長，經過90次循環后，仍能保持80%的容量。由于鋰金屬陽極由直徑為50微米的緊密堆積的鋰組成，即使在50次循環后，枝晶也不會生長。此外，與單鹽電解質復合物相比，復鹽電解質復合物在不同電壓下的表現更好，并且可以在不太依賴外部壓力的情況下實現良好的循環性能。在新電池中，鋰離子將從電池的陰極提取，并在初始充電期間以金屬鋰的形式沉積在集流體(Cu)上。在放電過程中，鋰離子從集流體中剝離并直接進入陰極。

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