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锂电电池市场分析之金属锂负极全面解读

来源：新能源Leader 发布日期：2017-04-10 13:49

电池锂电电池

电解液的优化和改性

对于电解液的优化而言，更多的是从添加剂方面进行着手，通过添加剂的使用，能够极大的优化金属锂负极SEI膜的均匀性和稳定性。电解液添加剂能够在金属锂表面分解、吸附和聚合，从而提升SEI膜的均匀性，改善镀锂过程中电极表面的电流分布。常见的添加剂包括2-甲基呋喃，气体分子(CO2、SO2和N2O)和VC等化合物。

1.含F组分添加剂

碳酸酯类电解液中少量的HF和H2O可以在Li负极表面形成一层均一的LiF和Li2O层，从而使镀锂过程更加均匀。但是该方法并不是十分高效的方法，因此人们尝试使用其他含F化合物，例如(C2H5)4NF(HF)4、LiF和氟代碳酸乙烯酯等，来改善锂负极SEI膜的稳定性。

2.自修复静电层方法

该方法认为，如果在电解液中添加少量的还原化学势与Li+接近的金属离子M+，在金属Li电镀在负极的表面时，金属离子M+不会被还原，而是被吸附在金属锂负极表面，因此如果在镀锂过程中，出现局部出现电荷聚集(局部极化)时，就会吸引更多的M+，形成静电层，从而抑制Li+在此处的还原，减缓锂枝晶的生长。

3.锂多硫化合物与LiNO3的共同作用

研究显示，当在醚类电解液中同时使用锂多硫化合物和LiNO3时，可以显著的提升镀锂的均匀性，减少锂枝晶的产生，提升电池的循环性能。该方法的作用机理是LiNO3首先与金属锂反应形成钝化层，然后锂多硫化合物再与钝化层反应形成Li2S和Li2S2等，防止电解液于金属锂进一步反应。

4.高浓度锂盐

在传统的枝晶生长模型中认为，提高电解液中金属盐的浓度，可以提高临界电流密度J*值，从而抑制锂枝晶的产生。根据这一理论，一款LiTFSI浓度高达7M被研发出来，研究显示该电解液能够显著的抑制Li-S电池中锂枝晶的生长，同时该方法还有利于锂电池倍率性能的提升。

金属锂负极表面改性

做为直接与电解液接触的部分，SEI膜的结构和成分都对金属锂负极的镀锂特性和循环寿命有着显著的影响，因此对于金属锂负极而言，我们主要关注点也集中在SEI膜的处理上。

1.人造SEI膜

改善金属锂负极界面状况的重要方法是在金属锂负极与电解液接触之前就形成一层保护层，这层保护层需要足够强韧，从而能够很好的抑制锂枝晶的生长，如下图所示。保护层的获得可以通过在将金属锂在化学试剂中处理的方法获得，例如将金属锂负极利用取代硅烷进行处理，取代硅烷与金属锂表面的一些含有HO根的化合物反应，就会生成一层非常稳定和低阻抗的保护层。N2也可以用来和金属锂反应生成Li3N保护层，最近学者们还开发了一款Li3PO4保护层，该保护层具有极佳的Li+电导。