Jeff Dahn组Nature Energy：“双盐”齐下，无负极锂金属电池寿命再获新高

以锂金属为负极的电池被认为是最可行的未来技术，具有比现有锂离子电池更高的能量密度。许多研究人员认为，对于锂金属电池而言，需要使用固态电解质代替的典型液态电解质，才能抑制锂枝晶以保持电池的长期稳定循环。然而，固态电解质尚未成功地完全解决锂枝晶的问题，还有就是目前尚不清楚这些技术与现有锂离子制造设备的兼容性。如果液态电解质可用于制造安全，长寿命的锂金属电池，那么现有的制造设备可快速投入使用，大幅降低生产成本。

另外，锂金属电池中锂过量的问题极大地限制了其能量密度的提升。那么，如果不用负极的话，即无负极锂金属电池这一概念是否可行？无负极锂金属电池指的是，采用铜集流体，锂在第一个充电循环时从正极跑出来沉积到铜集流体表面形成锂金属层。由于没有使用过量的锂，因此电池体积可最小化（图  1a）和能量密度也实现了最大化。（更多关于无负极锂金属电池的文章请在能源网站检索nyxr-home.com）

基于无负极和采用液态电解液的概念，加拿大达尔豪斯大学Jeff Dahn等人展示了一种浓度为~1.2 M的双盐二氟（草酸根）硼酸盐（LiDFOB）/ LiBF4液态电解质，所得到的无负极电池表现出迄今最长的循环寿命：容量保持率达到80％时，电池可循环90圈。即使经过50次循环，锂金属负极也未发现有枝晶，而是由直径为50μm，紧密堆积的锂畴组成。与单盐电解质组合物相比，双盐混合物在不同的电压下性能表现更好，并且较少依赖外部压力即可实现良好的循环性能。作者观察到电解质盐在循环过程中连续消耗，这是电池稳定性变差的重要原因，也是进一步优化液体电解质的关键发现。该工作表明，使用目前已经成熟的液体电解质体系可以实现锂金属电池的稳定循环，作者相信这可能将会使该领域的研究重点远离固态电池。（DOI: 10.1038/s41560-019-0428-9）

图 1 | 单盐和双盐电解质的电化学行为。a，与完全相同的锂离子电池相比，充满电的无负极锂金属电池配置示意图，电池厚度减少~40％。b，使用具有不同锂盐电解质的无负极锂金属软包电池的容量保持率与循环次数关系曲线。c，d，对于具有不同盐的两种电解质，在不同截止电压下，放电次数和循环次数的关系曲线：（c）1.2M LiDFOB，（d）0.6M LiDFOB + 0.6M LiBF4。

图2 | SEM表征锂的形态。a，不用外加压力下，具有不同锂盐电解质锂金属电池的容量保持率与循环次数关系曲线。b–i，显示了两种电解质和压力条件下锂形态的SEM图像。首次充电和50次循环后图像。 j-m，在高外加压力下，50个循环后，LiDFOB + LiBF4锂金属电池中锂的形态。黄色标尺为10μm。

图3 | 锂金属电极的XPS光谱。 a-c，F 1s（a），O 1s（b）和C 1s（c）源于不同锂盐形成的锂金属负极的XPS光谱：1M LiPF6（黑色），1M LiDFOB（绿色）和0.6 M LiDFOB + 0.6 M LiBF4（蓝色）。所有电解液均使用FEC：DEC（1：2 vol.）溶剂混合物。

图4 | 循环过程中电解液组分变化. a–e, Cells that started with 0.9 m LiPF6 electrolyte (a,b), 0.9 m LiDFOB electrolyte (c,d) or 0.5 m LiDFOB + 0.5 m LiBF4 electrolyte (e,f)。所有电解液均使用FEC：DEC (44 wt%：56 wt%）溶剂混合物。