鋰金屬電池（LMB）是一種新型鋰基可充電電池，由固態(tài)金屬代替鋰離子而制成，被視為最有前途的高能量密度可充電電池技術(shù)之一。然而，這種電池也存在一些局限性，如安全問題等。
（圖片來(lái)源：phys.org）
近年來(lái)，研究人員嘗試通過無(wú)負(fù)極電芯設(shè)計(jì)來(lái)克服這些障礙，以提高鋰金屬電池的能量密度和安全性。據(jù)外媒報(bào)道，在一項(xiàng)新研究中，日本國(guó)家工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究所（AIST）的研究人員基于使用Li2O犧牲劑，開發(fā)出具有高能量密度和長(zhǎng)壽命的新型無(wú)負(fù)極鋰電池。
無(wú)負(fù)極全電芯電池架構(gòu)，通?；趲в新阖?fù)極銅集流器的全鋰化正極。值得一提的是，無(wú)負(fù)極鋰電池的重量能量密度和體積能量密度，均可擴(kuò)展至最大極限。與更傳統(tǒng)的LMB設(shè)計(jì)相比，無(wú)負(fù)極電芯架構(gòu)還具有其他優(yōu)勢(shì)，包括成本更低、安全性更高和使電池組裝過程更簡(jiǎn)單等。
為了充分釋放無(wú)負(fù)極鋰金屬電池的潛力，研究人員首先要了解，如何實(shí)現(xiàn)鋰金屬電鍍的可逆性/穩(wěn)定性。許多人通過工程設(shè)計(jì)和選擇更有利的電解質(zhì)來(lái)解決這一問題，但大多以失敗告終。還有一些人嘗試使用鹽或添加劑來(lái)改善鋰金屬電鍍/剝離的可逆性。AIST的研究人員建議，使用Li2O作為犧牲劑，將其預(yù)加載至LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。
研究人員表示：“實(shí)現(xiàn)高鋰可逆性具有挑戰(zhàn)性，尤其是考慮到電芯配置中有限的鋰儲(chǔ)存（通常為零鋰過量）。在這項(xiàng)研究中，我們?cè)贚iNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極上引入 Li 2 O ，作為預(yù)加載犧牲劑，以提供額外的鋰源。在長(zhǎng)期循環(huán)過程中，這可以抵消鋰在初始無(wú)負(fù)極電芯中的不可逆損耗?！?
除了使用Li2O 作為犧牲劑，研究人員還提議，使用氟丙基醚添加劑來(lái)中和Li2O氧化過程中釋放的親核O2-，并防止由于在電池正極表面涂覆LiF基電解質(zhì)而產(chǎn)生的氣態(tài)O2的額外演變。“我們發(fā)現(xiàn)，通過Li2O氧化釋放的O2-物質(zhì)，可以被氟化醚添加劑協(xié)同中和。這會(huì)導(dǎo)致在正極/電解質(zhì)界面形成一層LiF基膜，使正極表面鈍化，并抑制醚溶劑的有害氧化分解。”
基于這種設(shè)計(jì)，該所研究人員制造出長(zhǎng)壽命2.46 Ah初始無(wú)負(fù)極軟包電芯。該電芯的重量能量密度為320 Wh kg-1，經(jīng)過300個(gè)運(yùn)行周期后，可保持80%的容量。
該團(tuán)隊(duì)提出的無(wú)負(fù)極設(shè)計(jì)，或?qū)⒂兄诮鉀Q鋰金屬電池的一些常見問題，推動(dòng)開發(fā)更安全、能量密度更高、壽命更長(zhǎng)的鋰基充電電池。
