Nature Energy: 平衡界面反应以实现高能锂金属电池的长循环寿命

可充电锂金属电池（LMB）作为下一代储能技术受到广泛关注。在LMB中通常会观察到容量突然下降，这归因于多种原因。然而，确切的原因尚未确定。这里有几个基本科学问题：首先，如何确定平衡正极和与电解质的界面反应所需的锂量？其次，什么从根本上决定了平衡的界面反应？最后，能否设计一个平衡的电池来补偿连续的锂损失并最大限度地减少循环过程中SEI层的积累？

美国华盛顿大学Jie Xiao、Jun Liu教授等人研究了Li || LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2O₂软包电池的降解机制，并提出了锂厚度、电解质消耗和固体电解质界面层结构演变之间的基本联系。

图1 四种350 Wh kg^-1软包电池

在兼容电解质中调整负极与正极容量比时，会发现不同的电池失效过程。出现了 1:1的最佳负极与正极容量比，因为它很好地平衡了锂消耗率、电解质消耗和固体电解质界面结构，从而减缓了电池极化的增加并延长了循环寿命。与传统观点相反，通过在平衡电池中使用超薄锂 (20 µm) 观察到长循环寿命。原型350 Wh kg^-1软包电池 (2.0 Ah) 实现了超过600次长稳定循环，容量保持率为76%，而没有电池突然失效。

图2 在四种软包电池中循环前后锂金属负极的循环后表征。

图3 退化机制和电池容量衰减模型的示意图

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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