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孟穎ACS Energy Letters：確定鋰金屬電池反應(yīng)性的關(guān)鍵參數(shù)

鋰金屬負(fù)極對(duì)于高能量密度的電池至關(guān)重要，但對(duì)其安全性的擔(dān)憂仍然存在。

圖1 樣品制備和實(shí)驗(yàn)過程的示意圖

加州大學(xué)圣地亞哥分校孟穎、芝加哥大學(xué)Wurigumula Bao等采用差示掃描量熱法（DSC）和原位傅里葉變換紅外光譜法（FTIR）來定量分析鋰金屬的反應(yīng)性，同時(shí)鋰化石墨（Li-Gr）和鋰化硅（Li-Si）也進(jìn)行了比較。

研究發(fā)現(xiàn)，所有的電池成分，如電解液成分、鋰形態(tài)、非活性鋰積累的控制和正極穩(wěn)定性，在調(diào)節(jié)沉積鋰的反應(yīng)性方面均起著至關(guān)重要的作用。有了致密的形態(tài)和新的電解液，沉積鋰在電池中的反應(yīng)性可以急劇抑制到與Li-Gr和Li-Si負(fù)極一樣的水平。

圖2 DSC研究及鋰沉積形態(tài)

因此，在致密的形態(tài)下沉積鋰，使其表面積最小化，并利用熱穩(wěn)定的電解液來實(shí)現(xiàn)鋰金屬電池的安全運(yùn)行是至關(guān)重要的。此外，當(dāng)使用鋰金屬負(fù)極時(shí)，來自正極熱分解的串?dāng)_影響可能造成安全隱患。通過改用熱穩(wěn)定性更強(qiáng)的正極材料，如LFP和LNMO，鋰金屬全電池的熱穩(wěn)定性可以得到很大程度的改善。

此外，電解質(zhì)鹽的分解也必須得到嚴(yán)格控制。最后，循環(huán)次數(shù)和電池環(huán)境會(huì)加劇鋰金屬的反應(yīng)性。重要的是要控制不活躍的鋰和鋰形態(tài)的積累，即使在延長的循環(huán)之后。通過優(yōu)化這些因素，鋰金屬全電池在400℃以下沒有表現(xiàn)出明顯的熱反應(yīng)。該工作中發(fā)現(xiàn)的控制鋰金屬反應(yīng)性的關(guān)鍵參數(shù)可以應(yīng)用于未來實(shí)用鋰金屬全電池的金鋰金屬負(fù)極研究。

圖3 控制鋰金屬電池反應(yīng)性的關(guān)鍵參數(shù)

Key Parameters in Determining the Reactivity of Lithium Metal Battery. ACS Energy Letters 2023. DOI: 10.1021/acsenergylett.3c01001

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