使用纯金属锂做正极材料会造成电池循环次数低下吗？
来源：宝鄂实业
2019-04-25 09:37
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金属锂的能量密度远远高于传统的锂离子电池这是毋庸置疑的，但是金属锂电池的应用还需要跨过一道难关——循环寿命，在学术文章中我们能够看到不少循环寿命优异的锂金属电池，但是这些电池往往都是基于扣式电池，不仅金属Li近乎无限，电解液也过量非常多，这在商业锂金属电池中都是无法实现的，因此许多文章中的成功往往无法移植到实际生产中。我们以一个扣式电池中加入75ul电解液为例，经过计算电解液添加量达到了70g/Ah，而实际商业化电池中电解液添加量很少会超过3g/Ah，从下图c我们看到当电池的注液量从25g/Ah降低到3g/Ah后循环寿命迅速降低到了不足10次。
除了电解液量，金属锂的过量程度也会对循环寿命产生显著的影响，从下图e我们能够看到即便是在电解液足量的情况下，金属Li负极的厚度从250um下降到50um也会使得金属锂电池的循环寿命迅速下降到不足20次，这些现象表明金属锂电池的失效主要来自于电解液的消耗和金属锂负极的损失。
金属锂电池的衰降通常我们认为分为两个步骤：1）首先电解液在低电势负极表面发生还原分解，生成SEI膜；2）随后Li枝晶开始在金属锂的表面生长，因此提升金属锂电池的寿命也主要从这两个方面进行着手。但是由于金属Li的高反应活性使得其界面特性的研究变的异常困难，近年来出现的冷冻透射电镜技术为金属Li负极界面特性的研究开辟了一扇崭新的大门，对于分析金属锂SEI膜和枝晶的生长机理，提升金属锂电池的寿命具有重要的意义。
电解液
电解液作为直接和金属锂接触的成分，对于金属Li枝晶和SEI膜的生长具有重要的影响。在金属锂沉积的过程中形成致密的锂沉积层，对于减少表面积，减少SEI膜的生长具有重要的意义，研究表明在电解液中加入少量的CsPF6，甚至是痕量的H2O都能能够促进金属锂均匀的沉积，但是电解液的添加剂的劣势在于一旦这些添加剂消耗光后，锂电池的循环寿命仍将加速衰降。
目前来看高浓度电解液是解决金属锂电池循环寿命问题的一个比较好方案，高浓度的电解液能够减少金属锂负极表面的浓度梯度，从而抑制锂枝晶的生长，同时高浓度电解液中大部分溶剂分子都与Li+进行溶剂化，自由分子比较少，因此电解液的电化学稳定性也大大提高。然而高浓度电解液还存在粘度高、离子电导率低、浸润性差等问题，为了解决这一问题，人们提出了“局部稀释”的概念，这种“局部稀释”电解液既保留高浓度电解液良好的稳定性和抑制枝晶生长的特性，还极大的降低了电解液的粘度，提高了浸润性，并有效降低了成本。
除了电解液量，金属锂的过量程度也会对循环寿命产生显著的影响，从下图e我们能够看到即便是在电解液足量的情况下，金属Li负极的厚度从250um下降到50um也会使得金属锂电池的循环寿命迅速下降到不足20次，这些现象表明金属锂电池的失效主要来自于电解液的消耗和金属锂负极的损失。
金属锂电池的衰降通常我们认为分为两个步骤：1）首先电解液在低电势负极表面发生还原分解，生成SEI膜；2）随后Li枝晶开始在金属锂的表面生长，因此提升金属锂电池的寿命也主要从这两个方面进行着手。但是由于金属Li的高反应活性使得其界面特性的研究变的异常困难，近年来出现的冷冻透射电镜技术为金属Li负极界面特性的研究开辟了一扇崭新的大门，对于分析金属锂SEI膜和枝晶的生长机理，提升金属锂电池的寿命具有重要的意义。
电解液
电解液作为直接和金属锂接触的成分，对于金属Li枝晶和SEI膜的生长具有重要的影响。在金属锂沉积的过程中形成致密的锂沉积层，对于减少表面积，减少SEI膜的生长具有重要的意义，研究表明在电解液中加入少量的CsPF6，甚至是痕量的H2O都能能够促进金属锂均匀的沉积，但是电解液的添加剂的劣势在于一旦这些添加剂消耗光后，锂电池的循环寿命仍将加速衰降。
目前来看高浓度电解液是解决金属锂电池循环寿命问题的一个比较好方案，高浓度的电解液能够减少金属锂负极表面的浓度梯度，从而抑制锂枝晶的生长，同时高浓度电解液中大部分溶剂分子都与Li+进行溶剂化，自由分子比较少，因此电解液的电化学稳定性也大大提高。然而高浓度电解液还存在粘度高、离子电导率低、浸润性差等问题，为了解决这一问题，人们提出了“局部稀释”的概念，这种“局部稀释”电解液既保留高浓度电解液良好的稳定性和抑制枝晶生长的特性，还极大的降低了电解液的粘度，提高了浸润性，并有效降低了成本。
