PNNL开发长寿命锂金属电池可持续循环600次

06 07月 2021

2021-07-06 09:27

锂金属电池的能量容量几乎是锂离子电池的两倍，而且重量更轻。在电动汽车应用中，有望使其更轻、续航更长。然而，锂金属电池一直存在使用寿命较短的问题。据外媒报道，由美国能源部西北太平洋国家实验室(PNNL)领导的研究团队，开发出一种可持续循环600次的锂金属电池，远超过以往报告结果。

图片来源：PNNL

为了延长电池寿命，该团队没有使用含锂更多的负极，而是使用极薄的锂条，只有20微米宽，比人的头发丝还要薄得多。研究人员Jun Liu表示：“很多人都认为，锂越厚，电池的循环时间就越长。实际上，并不总是这样。每个锂金属电池都存在一个优化厚度，具体取决于其电芯能量和设计。”

该团队开发的锂金属电池的能量密度为350Wh/kg。经过600次循环后，仍能保持76%的初始容量。研究人员希望将这一最新进展整合至高能软包电芯设备中，并在现实条件下展示改进的性能。

该团队决定尝试更薄的锂条，是基于对负极分子动力学的详细了解。研究人员发现，较厚的锂会导致电池失效。这是因为负极上的固态电解质膜(SEI)周围发生了复杂的反应。

该团队发现，较薄的锂条可以创造良好的SEI。研究人员采用“湿SEI”和“干SEI”这两个术语。湿的版本可保持液体电解质和负极之间的接触，有助于发生重要的电化学反应。在干版本中，液态电解质无法接触所有的锂。简言之，因为锂条较厚，电解液需要流入更深的锂袋中，这样其他部分的锂就会变干，严重阻碍发生必要的电化学反应，直接导致电池过早失效。随着时间的推移，这一层体逐渐积聚并形成屏障，从而减少能量流动，并降低表面效率。同样，干SEI层会阻碍电池内部所需能量的有效传输。

研究人员表示，其目标是打造耐用、安全、具有成本效益的电池，并将能量密度提升至500Wh/kg。