达尔豪斯大学对无负极软包电芯进行生命周期性能分析 具有65种不同的电解质配方

据外媒报道，由美国达尔豪斯大学（Dalhousie University）Jeff Dahn教授领导的研究小组，利用约65种不同的电解质，对无负极软包电芯进行了生命周期性能分析。

（图片来源：AZOM）

该项研究明确指出，对于提高无负极软包电芯（尤其是锂金属电池）的能量密度，液体电解质是最有效的工具。

锂金属电池的重要性和局限性

对于消费设备和电动汽车而言，锂金属电池具有相对更高的功率密度和可靠性，无疑是上佳之选。在密度集中度（density concentration）和可负担性方面，锂金属电池的表现优于领先锂离子电池，从而创造了巨大的机会。

然而，锂金属电池也存各种缺点和局限性，如不可控锂拓扑、枝晶生长、电解质快速劣化以及SEI钝化不足造成的锂供应损失，尤其是随着碳质负极出现，这阻止了LMBs的商业化。

此外，大量电解质涌现，改善了与LMBs中所使用电解质有关的问题，而使用厚锂箔作为反电极，为电芯提供了“无限”的锂供应，同时弥补因严重的锂离子损失而造成的不利影响。

锂金属电池液体电解质

使用醚基或碳酸盐基溶剂，是生产LMB液体电解质电池的基础。尤其是高盐密度醚基电解质颇受关注。

与LIBs不同，对LMB电解质的研究仍处于早期阶段。因此，评估候选电解质，对该领域的发展具有重要意义。因此，需要大量、公开的LMB液体溶液数据库，来支持此类调查。

液体电解质的局限性

液体电解质虽然有优势，但也存在一些局限性。由于锂对溶液具有敏感性，以及随后发生的锂耗散，另外，海绵状锂浓聚物（spongy Li concentrations）导致锂休眠（dormant Li）和枝晶生长，使电解质难以工作。因此，需要进一步开发和生产电解质，使其能在800次循环后保持80%的容量，以满足电动汽车的需求。

研究人员对65种不同的电解质混合物进行生命周期分析，这些混合物由不同的添加剂溶液组成。

研究发现

将NMC811软包电芯与不同构成的电解质结合使用。所有电芯的生命周期评估，都是在40°C的条件下进行的，在3.55-4.40V之间，充放电速率为0.2C/0.5C。为了除去多余的水分，所有单元都在Ar手套箱中切开，在120°C真空下脱水14h。

采用DOL、DME、DX和TTE溶剂液体的醚基溶液，已被证明是标准碳酸基系统的潜在替代品，尤其是与LiFSI或LiTFSI盐结合时。与控制基准相比，添加5%的对甲苯磺酰异氰酸酯(PTSI)和Tris（2,2,2-三氟甲基），对比容量没有影响。

电解质筛查显示，只有五种电解质筛选的结果，类似或略好于对照组。只需加入1 wt% LiClO4，就可以提高功率保持率。不出所料，只有四种混合物略微改善了能量输送。其他混合物与参考物匹配时，均对电芯有损害。复合物拥有不同的结构牲和化学反应性，在不同的重量百分比下，可能出现大量额外选项。

局限性

研究人员对这一概念进行了若干次模拟观察。能量保持趋势并不总与所使用的添加剂或共溶剂的数量相对应。例如，呋喃甲基酮（FMK）、MeTHF和PN，并未显示与密度和能量保存之间存在紧密联系。与碳酸盐、双盐基相矛盾，传统的醚溶剂，如DOL和DME，之前已被证明可以成功循环锂金属。

简而言之，在无负极电芯中使用水电解质，要达到足够的寿命，需要以大量的知识为基础。与基准双盐溶液相比，五种混合物的性能有所提高，而其他混合物则有所下降。该数据集展示了液体LMB电解质存在的局限性，可以用作该领域的研究资源。