鋰空氣電池金屬鋰負極的一種簡單有效的保護方法

2021-02-24 NFMLab

鋰空氣電池由於具有超高的理論能量密度而備受關注，成為最具發展潛力的能量儲存體系。但是鋰空氣電池的實際應用還面臨著諸多障礙，電解液、空氣正極和金屬鋰負極都存在各自的問題。近十年來在研究者的努力下，鋰空氣電池取得了巨大的進展，但主要集中在空氣正極和電解液上，很少有對鋰空氣電池用的金屬鋰負極方面的研究工作。然而，金屬鋰負極作為空氣電池的組成部分同樣對電池的性能也起到了至關重要的作用。有研究表明在鋰空氣電池中，金屬鋰負極會和電解液發生反應，從而造成電解液和金屬鋰的消耗，導致電池容量衰減和壽命變差。

基於此，南開大學周震教授課題組提出了一種非常簡單有效的方法來保護金屬鋰負極。該方法只需將鋰片置於1,4-二氧六環(DOA)液體中進行浸泡，從溶液中取出的鋰片可直接用於組裝鋰空氣電池。實驗測試表明經過DOA預處理後的負極電池循環性能有了顯著的提升。通過X射線光電子能譜分析(XPS)和傅立葉變換紅外光譜(FTIR)對預處理過程進行分析，發現金屬鋰可以與DOA發生化學反應，在其表面生成聚環氧乙烯的高分子薄膜。該薄膜可被認為是一種人工SEI膜，可有效抑制電解液與金屬鋰的反應，並減輕了鋰負極表面的形貌變化。

該成果發表於Angew. Chem. Int. Ed. 2018, DOI: 10.1002/anie.201807985。該工作得到了國家自然科學基金和天津市科委項目的資助。

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