中國粉體網訊 在很長一段時間里，因金屬鋰枝晶生長和界面副反應導致的容量衰減和安全性問題嚴重制約了鋰金屬電池的實際應用。現(xiàn)有的解決方案來看，一般是在電解液中添加一些鹽類或液體添加劑，不過長期循環(huán)過程中電解液的消耗會導致活性組分濃度降低，進而造成添加劑的逐漸失效。
1常見高效的電解液添加劑
近些年研究人員已開發(fā)了一系列高效的電解液添加劑，主要集中在含F(xiàn)(如FEC)，含NO3-(如LiNO3)，含S(如DTD)等，這些添加劑雖然有效改善了鋰金屬沉積可逆性，但通常成本較高，環(huán)境敏感，有些甚至具有較高的毒性和易燃性。而且，循環(huán)過程中的消耗以及活性基團引發(fā)的副反應也影響了電池的使用壽命。
有沒有一種物美價廉、安全環(huán)保，最好還反應持久的電解液添加劑呢？答案，可能有。
2 “一步到位”的電解液添加劑
近日，中國科學技術大學王青松課題組首次借助納米立方碳酸鈣的緩釋效應有效地改善了金屬鋰電池的循環(huán)穩(wěn)定性和安全性。他們將納米化的碳酸鈣作為一種電解液固態(tài)添加劑用于鋰金屬電池，對電解液中HF等副產物進行結合錨定，抑制電解液的酸度上升，并形成了更致密堅固的SEI膜，而釋放的Ca2+在EC/DEC中也可以吸附在金屬表面起到靜電屏蔽效應。在化學和物理策略的協(xié)同作用下，鋰金屬的脫/鍍可逆性得到了有效改善，而獨特的緩釋效應又實現(xiàn)了長效保護。
納米碳酸鈣電解液添加劑作用原理
3納米碳酸鈣作用機制
一方面，納米碳酸鈣能夠持續(xù)吸附電解液分解的副產物并釋放含有LiPO2F2和Ca2+的活性物質，因而能夠實現(xiàn)添加劑的超長有效期。
另一方面，據理論計算表明Ca2+在EC/DEC電解液體系中的還原電位低于Li+，因此釋放出的Ca2+不會被還原而是會附著在金屬鋰沉積物的表面并排斥Li+在頂部的沉積，從而抑制枝晶生長。此外，具有較強陰離子解離能的Ca2+還有助于形成富含F(xiàn)的SEI膜，從而對于界面鈍化具有積極作用。
編者按
環(huán)保、安全、廉價的納米碳酸鈣，作為電解液多功能添加劑用于鋰金屬電池，是一種雙贏策略。納米碳酸鈣獨特的緩釋生效機制搭配上物理/化學雙重協(xié)同策略，有效抑制了鋰枝晶的產生并提高了全電池的循環(huán)和安全表現(xiàn)。整體而言，這為鋰金屬電池電解液添加劑的開發(fā)提供了一種新的思路，也豐富了緩釋型添加劑和碳酸鈣添加劑的應用類型。
參考來源：
一“石”二鳥——環(huán)保安全的納米碳酸鈣用于鋰金屬電池電解液添加劑，王青松課題組
頂刊日報丨鄒志剛院士、唐本忠院士、萬立駿院士等成果速遞，納米人
中科大AEM：納米碳酸鈣緩釋效應，助力高循環(huán)高安全鋰金屬電池，能源技術情報
