锂金属电池论文

将含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂盐的电解质用于锂金属和无阳极电 撰文?/?朱??琳编辑?/ 张??南设计?/ 杜?凯来源?/?electrek，作者：Fred Lambert特斯拉已经为一项新技术申请了专利，该技术将为一种新金属锂电池或无阳极电池提供电解质解决方案。过去的一年中，特斯拉的电池研究伙伴杰夫·达恩(Jeff Dahn)和他在达尔豪斯大学(Dalhousie University)的团队，一直在为特斯拉工作，以提高能源密度和电池寿命，同时降低成本。去年，他们公布了一种新型电池的测试结果，测试的新电池是一种锂离子电池，具有下一代“单晶”NMC(镍钴锰)阴极和一种新的先进电解质。达恩的团队对这些电池进行了广泛的测试，根据测试结果，他们认为这种电池可以驱动一辆电动汽车行驶100万英里(160万公里)以上，并在电网储能中至少使用20年，比特斯拉现有电池续航时间长两到三倍。他们在不同的条件和周期下对电池进行了测试。即使在40摄氏度的极端温度下，这些电池也能持续4000次循环。借助主动冷却系统，就像特斯拉的电池组一样，它可以将电池的循环次数提高到6000次以上，这意味着一个良好的电池组可以轻松行驶100万英里。控制充电到低于100%的充电状态也有助于延长寿命。他们认为这种电池将在“机器人出租车”(robo taxis)上特别有用。作为锂离子电池技术的先驱，达恩和他的团队在除了改进现有技术之外，也一直在研究下一代电池技术。去年，该团队为特斯拉的“无阳极锂金属电池”申请专利，他们认为这可能是代替固态电池的电池技术的下一个大事件。该团队的论文基本上解释了他们如何解决了用锂金属代替传统石墨阳极而不需要使用固态电解质的问题。如果成功，它将在比固态电池更短的时间内实现能量密度更高、更持久的电池商业化。现在，达恩团队为特斯拉加拿大研究小组申请的新专利证明，他们仍在研究新电池：“将含二氟(草酸)硼酸锂和四氟硼酸锂盐的电解质，用于锂金属和无阳极电池”。特斯拉在专利申请中写道：“可充电电池是电动汽车和电网存储(例如，停电期间的备用电源，作为微电网的一部分等等)的储能系统不可或缺的组成部分。一些此类可再充电电池系统包括锂金属和无阳极锂电池。与传统的锂离子电池相比，锂金属和无阳极锂电池具有一定优势，因为它们的能量密度更高。由于没有阳极涂层，无阳极电池也更便宜且易于组装。然而，锂金属和无阳极锂电池面临的挑战阻止了它们的广泛采用。改进锂金属和无阳极电池系统的某些特性将使此类系统得到更广泛使用。例如，开发能够实现商业上可接受的锂金属循环性能和无阳极锂电池的电解质组合物，对于获得此类电池系统的采用至关重要。在此之前，业界的普遍共识是，仅含二氟(草酸)硼酸锂(“LiDFOB”)盐的电解质，能最好地提高锂金属和无阳极锂电池的容量保持率能力。”简而言之，这种电池在能量密度和成本方面有很大优势，但在寿命方面需要改进。达恩的团队称，他们的新电解质将有助于改善这一点：“提供的电解液包含二氟（草酸）硼酸锂和四氟硼酸锂，以及用于锂金属或无阳极可充电电池的溶剂成分，以及使用该电解液改善电池容量的方法。还提供了包括锂金属或无阳极电池单元的可再充电电池系统，以及包含二氟（草酸）硼酸锂和四氟硼酸锂的电解质溶液以及溶剂组分。本文描述的系统具有更高的容量保持能力。”在专利申请中，他们确实公布了测试结果，显示电池的容量保持能力有所提高，但目前似乎并没有将电池的续航周期提高到50次以上。他们需要将电池进行更多的循环才能使其商业化。今年早些时候，特斯拉的研究人员发表了一项研究成果，他们描述了一种新型电池，它利用了锂离子电池的寿命和锂金属电池的高能量密度，将混合锂金属电池作为全电动汽车的续航工具。“提高电池的能量密度将降低电动汽车的成本，并能延长行驶里程。用金属锂代替传统锂离子电池中的石墨阳极可以显著提高能量密度。然而，锂金属阳极存在容量损耗快、电池寿命短的问题。为了开发长寿命的高能量密度电池，我们提出了一种锂离子/金属锂混合电池，通过在石墨上有目的地镀上金属锂来实现。虽然在传统锂离子电池中，多余的锂电镀通常是一种降解机制，但我们在优化的双盐电解液中实现了可逆的石墨锂电镀。此外，由于电池通常不会被循环到100%的容量，这些混合电池可以在锂离子模式下运行，几乎没有降解，在它们的大部分寿命中，通过周期性的充满电的锂金属循环来增加容量。”但是，需要注意的是，特斯拉像大多数其他公司一样，有时会为不会投产的技术申请专利。关于特斯拉电池计划的更多信息将于9月15日的“电池日”期间公布。本文来源于汽车之家车家号作者，不代表汽车之家的观点立场。

此前，研究人员开发出一种新方法，通过插入氮铁（BN）的纳米涂层来稳定锂金属电池中的固体电解质，从而安全地延长电池寿命。该团队专注于固体陶瓷电解质，与锂离子电池中传统的易燃电解质相比，这些电解质在提高安全性和能量密度方面显示出优势。可充电固态锂电池是下一代储能电池的候选产品。随着我们越来越依赖这种新能源，从便携式设备到电动汽车，改善储能和提高电池寿命，同时确保安全运行，这一重大挑战变得越来越重要。由材料科学与工程助理教授袁阳领导的哥伦比亚工程队今天宣布，他们开发出一种安全延长电池寿命的新方法，插入氮铁（BN）纳米涂层，以稳定锂金属电池中的固体电解质。虽然传统的锂离子电池目前在日常生活中被广泛使用，但它们的能量密度较低，导致电池寿命缩短，而且由于电池内有高度易燃的液体电解质，它们可能会短路，甚至着火。利用锂金属代替锂离子电池中使用的石墨阳极可以提高能量密度：锂金属的理论容量比石墨高近10倍。但在锂电镀过程中，树突通常会形成，如果树突穿透电池中间的膜分离器，它们可能会产生短路，引起对电池安全性的担忧。"我们决定专注于固体陶瓷电解质。与锂离子电池中传统的易燃电解质相比，它们在提高安全性和能量密度方面显示出了很大的希望。"我们对可充电固态锂电池特别感兴趣，因为它们是下一代储能的有前途的候选产品。大多数固体电解质是陶瓷，因此不易燃，消除了安全问题。此外，固体陶瓷电解质具有高机械强度，实际上可以抑制锂树突的生长，使锂金属成为电池阳极的涂层选择。然而，大多数固体电解质对Li的不稳定——它们很容易被锂金属腐蚀，不能用于电池。论文的主要作者、应用物理和应用数学系博士后研究科学家钱成说"锂金属对于提高能量密度是必不可少的，因此，我们能够把它作为固体电解质的阳极是至关重的"。"为了使这些不稳定的固体电解质适应实际应用，我们需要开发一种化学和机械稳定的接口，以保护这些固体电解质免受锂阳极的污染。为了传输锂离子，该接口不仅具有高度电子绝缘性，而且具有电离传导性。此外，此接口必须超薄，以避免降低电池的能量密度。为了应对这些挑战，该团队与布鲁克黑文国家实验室和纽约城市大学的同事合作。它们沉积了5~10纳米氮化（BN）纳米薄膜作为保护层，以分离锂金属与离子导体（固体电解质）之间的电接触，以及微量聚合物或液体电解质，以渗透到电极/电解质界面。他们选择BN作为保护层，因为它在化学和机械上稳定锂金属，提供高度的电子绝缘。他们设计的BN层具有内在缺陷，锂离子可以通过它，使其能够作为一个优秀的分离器。此外，BN 可以通过化学气相沉积轻松准备，形成大规模（\dm 水平）、原子薄型（\nm 水平）和连续薄膜。"虽然早期的研究使用了200 0毫米厚的聚合物保护层，但我们的BN保护膜厚度只有5~10纳米，在此类保护层的极限，在不降低电池能量密度的情况下，是记录薄的。"它是防止锂金属进入固体电解质的完美材料。与防弹背心一样，我们开发了用于不稳定固体电解质的锂金属防"背心"，通过这一创新，实现了长循环寿命锂金属电池。研究人员正在扩展他们的方法，以广泛的不稳定的固体电解质，并进一步优化接口。他们期望制造具有高性能和长周期寿命的固态电池。