據(jù)外媒報道，雖然鋰離子電池仍有改進的空間，但業(yè)內(nèi)大多數(shù)人認為固態(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只專注于固態(tài)電池。

 

       加拿大戴爾豪斯大學（Dalhousie University）一個由Jeff Dahn教授領導的小組，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（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）制成的無陽極鋰金屬電池。研究人員表示，他們的研究結果可能會將人們的研究重點從固態(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，只有鋰金屬陽極超厚時，才能顯著增加能量密度，但是實際中根本無法采用非常厚的陽極，因此研究人員表示需要將鋰金屬陽極的厚度限制在50微米。限制鋰過量是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為其金屬鋰表面極易形成枝晶，會增加陽極與電解質(zhì)的反應活性，隔離金屬鋰，導致電池循環(huán)效率低下。而在無陽極的電池中，此類循環(huán)效率低下的表現(xiàn)會尤為明顯，因為此類電池直接采用裸銅陽極構建，在第一次充電循環(huán)時，鋰會直接在陰極沉積。由于電池中沒有過多的鋰，電池體積得以最小化，能量密度得以最大化，但是性能可能會非常差，因為在循環(huán)中沒有存儲的鋰來持續(xù)為電池補充能量。

 

       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)、醚類溶劑、氟化化合物、電解質(zhì)添加劑、陽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)并沒有成功地完全消除鋰枝晶問題，而且目前尚不清楚該技術是否與現(xiàn)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(shù)十億美元。但是，如果使用液體電解質(zhì)就可生產(chǎn)安全、長壽命的鋰金屬電池，那現(xiàn)有的生產(chǎn)設備就可以快速實現(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)有的無陽極電池的循環(huán)壽命達到了最長，90次循環(huán)之后，仍可保持80%的容量。由于該鋰金屬陽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，也不會生長枝晶。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(xiàn)更好，而且不太依賴外部壓力，就可實現(xiàn)良好的循環(huán)性能。

 

       在新電池中，鋰離子會從電池陰極中提取出來，在初次充電時，鋰離子以金屬鋰的形式沉積到集電器上（Cu）。在放電過程中，鋰離子從集電器剝離，直接進入陰極。