北极星储能网讯:电动汽车续航里程的持续提升也推动着动力电池能量密度的提升，目前普遍使用的石墨锂离子电池负极材料，然而金属锂负极在使用过程中面临着金属锂枝晶和死锂等问题，不仅严重影响金属锂电池的循环性能，还会造成严重的安全隐患。

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为了解决金属锂负极存在的这些问题，近日美国陆军实验室的Judith Alvarado（第一作者）和Oleg Borodin, Ying Shirley Meng, Kang Xu（通讯作者）开发了一种FSI-和TFSI-双锂盐混合型醚类电解液，新型电解液优化了Li在负极的沉积过程，从而显著提升了金属锂电池的循环性能，NCM622/Li电池循环300次后容量保持率仍然高达88%。

锂离子电池中电解液为酯类溶剂体系，反应活性比较高，因此不适合金属锂电池，而醚类溶剂则相对比较稳定，研究表明醚类电解液能够很好的抑制金属锂枝晶的生长。除了溶剂体系外，锂盐的选择也对金属锂负极的性能有着显著的影响，例如高浓度的LiFSI能够显著的提升锂金属电池的库伦效率。

下图为几种醚类电解液和常规的碳酸酯类电解液电导率与温度之间的关系曲线，从图中能够注意到醚类电解液的低温电导率要明显低于碳酸酯类电解液，同时我们还注意到两种不同浓度的LiFSI电解液的电导率曲线上有一个突变点，这主要是因为在温度降低的过程中LiFSI沉淀析出导致的，但是如果我们在电解液添加LiTFSI后就能够有效的抑制LiFSI的沉淀现象。

由于金属锂是一种非常活泼的金属，具有非常强的还原能力，因此金属锂在沉积过程中的致密度就非常关键，更加致密的结构能够有效的减少金属锂与电解液之间的接触面积，减少副反应的发生，对于提升库伦效率和循环寿命都有积极的影响。下图为金属锂在几种不同电解液中的沉积的表面形貌，从下图a中能够看到在碳酸酯类电解液中沉积的金属锂存在大量的枝晶，金属锂呈现非常疏松的堆积状态，而采用高浓度醚类电解液的金属锂颗粒比较大，沉积层也更加致密。对沉积层的截面观测能够发现，在碳酸酯类电解液中沉积的金属锂层中存在大量的孔隙（下图d），而在SSEE电解液中，金属锂沉积层主要由大颗粒的金属锂组成，并且沉积层中的孔隙也显著减少（下图e），而在采用双锂盐的BSEE电解液中，金属锂沉积层的结构被进一步优化，金属锂沉积层中没有见到明显的孔隙。这表明高浓度的醚类电解液能够有效的抑制锂枝晶的生长，而采用双锂盐醚类电解液则能够进一步改善金属锂沉积层的结构。

为了分析电解液对于金属锂沉积行为的影响，Judith Alvarado采用密度函数的方法对于金属锂在BSEE电解液（LiSFI+LiTSFI，溶剂DME）中的沉积行为进行了研究，计算显示在金属锂表面的首先发生的反应是LiFSI的还原和分解，然后才发生LiTFSI的分解。虽然LiTFSI分解反应比较滞后，但是在电解液中LiTFSI能够吸引负极表面的电子，并将LiFSI从负极表面挤走，减缓LiFSI分解速度，从而在金属锂的表面形成一层更加均匀和更加稳定的SEI膜，有利于金属锂电池循环性能的提升。

半电池中锂是过量的，因此在循环过程中副反应导致的锂损失并不会反应在容量损失上，因此Judith Alvarado以Cu箔替代金属锂，从而在电池内部营造一个有限锂的环境。从下图中我们能够看到在普通的碳酸酯类电解液中循环的电池，仅仅经过30个循环后可逆容量就下降为0。而采用BSEE电解液的电池在经过54次循环后，可逆容量仍然达到90.9mAh/g，库伦效率达到98.6%，显著好于其他电解液。从这几种电解液的对比可以发现，虽然这几种电解液的锂盐总浓度比较接近，但是循环性能却有着巨大的差别，这表明LiTFSI/LiSFI的比例是影响电池循环性能的更为关键的因素。

原标题:循环寿命超300次，金属锂电池要卷土重来？