中國(guó)粉體網(wǎng)訊 在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，因金屬鋰枝晶生長(zhǎng)和界面副反應(yīng)導(dǎo)致的容量衰減和安全性問(wèn)題嚴(yán)重制約了鋰金屬電池的實(shí)際應(yīng)用�，F(xiàn)有的解決方案來(lái)看，一般是在電解液中添加一些鹽類或液體添加劑，不過(guò)長(zhǎng)期循環(huán)過(guò)程中電解液的消耗會(huì)導(dǎo)致活性組分濃度降低，進(jìn)而造成添加劑的逐漸失效。

1常見高效的電解液添加劑

近些年研究人員已開發(fā)了一系列高效的電解液添加劑，主要集中在含F(xiàn)(如FEC)，含NO₃^-(如LiNO₃)，含S(如DTD)等，這些添加劑雖然有效改善了鋰金屬沉積可逆性，但通常成本較高，環(huán)境敏感，有些甚至具有較高的毒性和易燃性。而且，循環(huán)過(guò)程中的消耗以及活性基團(tuán)引發(fā)的副反應(yīng)也影響了電池的使用壽命。

有沒(méi)有一種物美價(jià)廉、安全環(huán)保，最好還反應(yīng)持久的電解液添加劑呢？答案，可能有。

2 “一步到位”的電解液添加劑

近日，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)王青松課題組首次借助納米立方碳酸鈣的緩釋效應(yīng)有效地改善了金屬鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。他們將納米化的碳酸鈣作為一種電解液固態(tài)添加劑用于鋰金屬電池，對(duì)電解液中HF等副產(chǎn)物進(jìn)行結(jié)合錨定，抑制電解液的酸度上升，并形成了更致密堅(jiān)固的SEI膜，而釋放的Ca²⁺在EC/DEC中也可以吸附在金屬表面起到靜電屏蔽效應(yīng)。在化學(xué)和物理策略的協(xié)同作用下，鋰金屬的脫/鍍可逆性得到了有效改善，而獨(dú)特的緩釋效應(yīng)又實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)效保護(hù)。

納米碳酸鈣電解液添加劑作用原理

3納米碳酸鈣作用機(jī)制

一方面，納米碳酸鈣能夠持續(xù)吸附電解液分解的副產(chǎn)物并釋放含有LiPO₂F₂和Ca²⁺的活性物質(zhì)，因而能夠?qū)崿F(xiàn)添加劑的超長(zhǎng)有效期。

另一方面，據(jù)理論計(jì)算表明Ca²⁺在EC/DEC電解液體系中的還原電位低于Li+，因此釋放出的Ca²⁺不會(huì)被還原而是會(huì)附著在金屬鋰沉積物的表面并排斥Li+在頂部的沉積，從而抑制枝晶生長(zhǎng)。此外，具有較強(qiáng)陰離子解離能的Ca²⁺還有助于形成富含F(xiàn)的SEI膜，從而對(duì)于界面鈍化具有積極作用。

編者按

環(huán)保、安全、廉價(jià)的納米碳酸鈣，作為電解液多功能添加劑用于鋰金屬電池，是一種雙贏策略。納米碳酸鈣獨(dú)特的緩釋生效機(jī)制搭配上物理/化學(xué)雙重協(xié)同策略，有效抑制了鋰枝晶的產(chǎn)生并提高了全電池的循環(huán)和安全表現(xiàn)。整體而言，這為鋰金屬電池電解液添加劑的開發(fā)提供了一種新的思路，也豐富了緩釋型添加劑和碳酸鈣添加劑的應(yīng)用類型。

參考來(lái)源：

一“石”二鳥——環(huán)保安全的納米碳酸鈣用于鋰金屬電池電解液添加劑，王青松課題組

頂刊日?qǐng)?bào)丨鄒志剛院士、唐本忠院士、萬(wàn)立駿院士等成果速遞，納米人

中科大AEM：納米碳酸鈣緩釋效應(yīng)，助力高循環(huán)高安全鋰金屬電池，能源技術(shù)情報(bào)