零下 60 摄氏度放电工作的锂电池

在曩昔的几十年过程中，研究人员发现，用他们的办法制造出容量为2.0?mAh的锂/LiCoO2（含锂二氧化钴）电池，可在零下15摄氏度完成200次充放电循环，充满电需要45分钟。未来，此种规划策略或许会为新式节能锂电池的发展铺平道路，让电池能够在温度低于零下10摄氏度或零下15摄氏度的国家或区域可靠地作业。锂电池，或者说锂金属电池都选用锂金属为阳极。可充电的锂电池被广泛选用，用于给玩具、便携式消费设备和电动汽车等各种电子设备供电。

但是，此类电池通常在室温下才能完成可靠性能，当温度低于零下10摄氏度时，其能源效率、功率和循环寿数就会显著下降。在低温下不能很好作业是此类电池的一大缺陷，极大地限制其用于特别寒冷的气候区域。构成这一缺陷的主要原因在于，在温度低于零下10摄氏度时，固体电解质间相（SEI）会变得不安稳，导致电池阳极在锂电镀时呈现树突。

据外媒报道，美国宾夕法尼亚州立大学（PennsylvaniaStateUniversity）和阿贡国家实验室（ArgonneNationalLaboratory）的一组研究人员最近研制了一种新式锂金属电池规划，能够战胜上述缺陷。研究人员发现，与之前研制锂电池相比，新电池在低温下的表现非常好。

最开端，研究人员在低温下仔细检查了锂金属电池，以便更好地了解影响其性能的要素。他们观察到，气温在零下15摄氏度时，电池的SEI（来源于传统电解质）会结晶度很高且不均匀，从而极大地限制了氟化锂纳米盐等被迫SEI成分的构成，导致外表钝化不良、锂腐蚀以及阳极上成长树突。

在室温下，增加其它层维护阳极、利用替代性电解质或引进锂主电极能够防止此类影响。但是在低温下，操控SEI纳米结构则更具挑战性，会导致电池运行不安稳。因此，研究人员规划了一种纳米级被迫SEI，能够让锂金属阳极在低温下安稳运行。

研究人员提出，可通过在铜电流集电器外表拼装1、3苯二磺酰氟单分子层来操控SEI纳米结构以及锂电池中的锂成核。新引进的电化学活性单分子层（EAM）改动了界面的化学环境，促进锂外表构成氟化锂（LiF）。

通过改动电池界面的化学环境，研究人员新推出的规划策略改动了电解质分化的途径和动态状况，从而导致钝化质量得到提升、不同SEI的发生。更具体地说，该单分子层在铜电流集电器上构成了亲锂阴离子。当该界面的锂离子浓度较低时，能够引导锂成核和成长。

在低温状况下，此种规划策略导致多层SEI构成，此种多层的SEI由富含氟化锂的内相和非晶态外层组成。此外，此种被迫多层SEI与传统锂金属电池中的非被迫SEI有很大的不同，传统锂金属的SEI层在低温时，结晶度很高，是以Li2CO3为主的结构。

在测验中，研究人员选用新规划测量打造的新电池，发现在低温下也完成了很好的性能。更具体地说，此种办法成功地按捺了锂的电偶腐蚀以及自放电，让锂在零下60摄氏度至45摄氏度的一切温度下都可安稳堆积。