據(jù)外媒報(bào)道，雖然鋰離子電池仍有改進(jìn)的空間，但業(yè)內(nèi)大多數(shù)人認(rèn)為固態(tài)電池將成為下一代首選電池。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。

(圖片來(lái)源：electrek.co)

加拿大戴爾豪斯大學(xué)(Dalhousie University)一個(gè)由Jeff Dahn教授領(lǐng)導(dǎo)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(jié)果可能會(huì)將人們的研究重點(diǎn)從固態(tài)電池(SSB)轉(zhuǎn)移到可充電、高能量密度電池上。

用鋰金屬代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石墨陽(yáng)極是提高鋰離子電池能量密度最流行的方法之一，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(zhàn)，因?yàn)槠浣饘黉嚤砻鏄O易形成枝晶，會(huì)增加陽(yáng)極與電解質(zhì)的反應(yīng)活性，隔離金屬鋰，導(dǎo)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(xiàn)會(huì)尤為明顯，因?yàn)榇祟?lèi)電池直接采用裸銅陽(yáng)極構(gòu)建，在第一次充電循環(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，電池體積得以最小化，能量密度得以最大化，但是性能可能會(huì)非常差，因?yàn)樵谘h(huán)中沒(méi)有存儲(chǔ)的鋰來(lái)持續(xù)為電池補(bǔ)充能量。

為了提高液體電解質(zhì)的循環(huán)穩(wěn)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(xiàn)有的鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備兼容，而目前在鋰離子電池生產(chǎn)設(shè)備上的投資已達(dá)數(shù)十億美元。但是，如果使用液體電解質(zhì)就可生產(chǎn)安全、長(zhǎng)壽命的鋰金屬電池，那現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備就可以快速實(shí)現(xiàn)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(xiàn)有的無(wú)陽(yáng)極電池的循環(huán)壽命達(dá)到了最長(zhǎng)，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(zhǎng)枝晶。此外，與單鹽電解質(zhì)復(fù)合物相比，雙鹽電解質(zhì)復(fù)合物在不同的電壓下表現(xiàn)更好，而且不太依賴外部壓力，就可實(shí)現(xiàn)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。