戴宏杰院士AM：首个不易燃的高压4.7V无负极锂电池！

无负极的锂金属电池采用原位镀锂的集流体作为负极，以提供最佳的质量和体积能量密度。这类电池的主要挑战包括循环稳定性差和易燃有机电解液的安全问题。

斯坦福大学戴宏杰院士等报道了一种高电压的4.7V无负极锂金属电池。

图1. 无负极锂电池的示意及性能

具体而言，作者采用涂有一层（950 nm）硅-聚丙烯腈（Si-PAN，25.5 μg cm^-2）的铜箔作为负极，高电压无钴LiNi_0.5Mn_{1. 5}O₄（LNMO）作为正极，4.5 M LiFSI-N-甲基-N-丙基吡咯烷双氟磺酰亚胺（Py13FSI）+1wt% LiTFSI添加剂作为安全、不易燃的离子液体电解液。Si通过与Li的合金化反应可形成一个稳定的界面。

此外，由于氮的存在，PAN被证明与锂离子有很强的亲和力，同时它也具有延展性。这些促使作者采用Si和PAN来促进锂离子的吸附和沉积，从而实现可逆的锂沉积/剥离。

图2. 无负极锂电池的电化学性能

研究发现，Si-PAN涂层在充电过程中可为锂的生长提供了种子，并且在电池循环过程中锂的沉积/剥离过程中可逆地膨胀/收缩。含有高浓度FSI-和TFSI-的宽电压窗电解液在锂上提供了一个稳定的富含F的固体-电解质界面相（SEI）。由此产生的无负极锂电池表现出4.7V的放电电压，并在120次循环后保持80%的初始正极容量（约120 mAh g^-1），这超过了最先进的高压无负极锂电池。

图3. 无负极电池中锂沉积的形态和界面化学特性

A Non-Flammable High-Voltage 4.7 V Anode-Free Lithium Battery. Advanced Materials 2022. DOI：10.1002/adma.202207361

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