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2022年10月12日 | 宁波材料所定量分析锂负极的真实可逆性 助力发展锂金属电池
2022-10-12
据外媒报道，中国科学院宁波材料技术与工程研究所（NIMTE）刘兆平研究员领导的团队提出了一种分析方法，可准确量化实际锂金属电池的可逆性和不可逆性。
（图片来源：中科院）
锂金属电池具有优异的能量密度，是电池技术领域的重要关注焦点。然而，锂金属负极的电化学可逆性差，已成为提高锂金属电池循环寿命的瓶颈。因此，准确分析锂金属负极的可逆性，是开发长寿命锂金属电池的重要前提。
在锂电池循环过程中，锂负极中的“锂库”会不断补偿不可逆的锂损耗，因此锂金属负极的真实可逆性仍是未解之谜。
考虑到这一点，该所的研究人员开发了一种创新的方法，在实际锂电池系统中区分循环锂负极中的活性锂和非活性锂，并分别进行定量分析。这种方法首次实现了对锂金属负极的电化学可逆性的精确量化。
考虑到包裹“死锂”的固体电解质界面膜具有机溶剂屏障，研究人员创新使用联苯/四氢呋喃混合溶剂，实现了“活性锂”与“死锂”的物理分离。在联苯/四氢呋喃中溶解“活性锂”后，用电感耦合等离子体-光学发射光谱法测定锂离子的数量。此外，用气相色谱法测定残余“死锂”与去离子水反应产生的氢气量，从而实现了对“活性锂”和“死锂”的精确量化。
以锂金属负极不可逆性随循环次数呈指数增长的数学模型为基础，研究人员对不同循环次数后的“活性锂”和“死锂”含量进行定量分析，从而得到描述锂金属负极真实可逆性的关键参数。
这种定量分析方法也可以应用于实际的软包电池，反映锂金属负极在不同操作条件下的内在可逆差异，包括堆叠压力和充放电速率。
这项工作为深入了解不同设计参数和操作条件对锂金属负极可逆性的影响提供了定量对比工具，为准确评估锂金属电池的降解和失效开辟了途径，有助于进一步设计和开发高性能锂金属。
史海拾趣
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