夏永姚Angew：实用化高能量密度锂金属电池的先进电解质设计

Nanoyu

2021-08-01

鉴于目前插层式锂离子电池的固有局限性，人们对锂离子电池的潜在替代储能技术如锂硫（Li-S）电池和锂氧（Li-O₂）电池进行了大量的研究。为了实现这些电池的潜力，锂金属作为负极必不可少。然而，锂金属负极中锂枝晶的生长伴随着严重的安全隐患，阻碍了其实际应用。此外，阻碍其实际应用的另一个障碍是循环过程中形成的“死锂”，这将不可避免地造成活性锂的损失。因此，需要大量金属锂来延长锂金属电池的循环寿命。然而，负极中过多的锂并不利于锂金属电池的实际能量密度。对于实际条件下的锂金属电池，通常要求有较低的正负比(N/P比)、电解质/正极比（E/C比）和高电压正极。

近日，复旦大学夏永姚教授综述了实用化高能量密度锂金属电池中先进电解质的研究进展。

文章要点

1）作者首先概述了高能量密度金属锂电池在实际条件下的临界参数。

2）作者接着总结了了近年来用于锂金属电池的电解液体系的研究进展，重点总结了用于实用化高电压锂金属负极的电解液。根据电解质中溶剂的不同，将电解液体系分为醚基电解液、碳酸盐基电解液和实用型锂金属电池的新型电解液体系。

3）在此基础上，作者对高能量密度金属锂电池在实际应用条件下的未来发展提出了新的观点，包括：i）实用锂金属电池面临的关键挑战是“死锂”导致的锂沉积的低CE；ii）LiNO₃是一种优良的电解质添加剂。然而，它在碳酸盐基溶剂中的溶解度可以忽略不计。因此，需要更多的策略来促进LiNO₃在碳酸盐基电解质中的溶解度；iii）与新型电解质成分相比，开发与高电压正极和锂金属负极相容的新型电解质溶剂具有深远的意义；iv）外部压力对于实用的锂金属电池很重要。高压不仅可以抑制锂枝晶的生长，还可以抑制锂沉积过程中的膨胀。因此，高外部压力可实现电化学性能的极大改善；v）全固态锂金属电池仍是未来锂金属电池发展的最终目标。

参考文献

Shouyi Yuan, et al, Advanced Electrolyte Design for High-Energy-Density Li Metal Batteries under Practical Conditions,  Angew. Chem. Int. Ed., 2021

DOI: 10.1002/anie.202108397

https://doi.org/10.1002/anie.202108397