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?Nature Energy: 平衡界面反應(yīng)以實現(xiàn)高能鋰金屬電池的長循環(huán)壽命

可充電鋰金屬電池（LMB）作為下一代儲能技術(shù)受到廣泛關(guān)注。在LMB中通常會觀察到容量突然下降，這歸因于多種原因。然而，確切的原因尚未確定。這里有幾個基本科學(xué)問題：首先，如何確定平衡正極和與電解質(zhì)的界面反應(yīng)所需的鋰量？其次，什么從根本上決定了平衡的界面反應(yīng)？最后，能否設(shè)計一個平衡的電池來補償連續(xù)的鋰損失并最大限度地減少循環(huán)過程中SEI層的積累？

美國華盛頓大學(xué)Jie Xiao、Jun Liu教授等人研究了Li?||?LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂軟包電池的降解機制，并提出了鋰厚度、電解質(zhì)消耗和固體電解質(zhì)界面層結(jié)構(gòu)演變之間的基本聯(lián)系。

圖1 四種350 Wh kg^-1軟包電池

在兼容電解質(zhì)中調(diào)整負極與正極容量比時，會發(fā)現(xiàn)不同的電池失效過程。出現(xiàn)了 1:1的最佳負極與正極容量比，因為它很好地平衡了鋰消耗率、電解質(zhì)消耗和固體電解質(zhì)界面結(jié)構(gòu)，從而減緩了電池極化的增加并延長了循環(huán)壽命。與傳統(tǒng)觀點相反，通過在平衡電池中使用超薄鋰 (20 μm) 觀察到長循環(huán)壽命。原型350 Wh kg^-1軟包電池 (2.0 Ah) 實現(xiàn)了超過600次長穩(wěn)定循環(huán)，容量保持率為76%，而沒有電池突然失效。

圖2 在四種軟包電池中循環(huán)前后鋰金屬負極的循環(huán)后表征。

圖3 退化機制和電池容量衰減模型的示意圖

Balancing interfacial reactions to achieve long cycle life in high-energy lithium metal batteries. Nature Energy. 2021. DOI: 10.1038/s41560-021-00852-3

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