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鋰金屬電池（LMB）是一種新型鋰基可充電電池，由固態(tài)金屬代替鋰離子而制成，被視為最有前途的高能量密度可充電電池技術之一。然而，這種電池也存在一些局限性，如安全問題等。


近年來，研究人員嘗試通過無負極電芯設計來克服這些障礙，以提高鋰金屬電池的能量密度和安全性。據(jù)外媒報道，在一項新研究中，日本國家工業(yè)科學技術研究所（AIST）的研究人員基于使用Li2O犧牲劑，開發(fā)出具有高能量密度和長壽命的新型無負極鋰電池。

無負極全電芯電池架構，通?；趲в新阖摌O銅集流器的全鋰化正極。值得一提的是，無負極鋰電池的重量能量密度和體積能量密度，均可擴展至最大極限。與更傳統(tǒng)的LMB設計相比，無負極電芯架構還具有其他優(yōu)勢，包括成本更低、安全性更高和使電池組裝過程更簡單等。

為了充分釋放無負極鋰金屬電池的潛力，研究人員首先要了解，如何實現(xiàn)鋰金屬電鍍的可逆性/穩(wěn)定性。許多人通過工程設計和選擇更有利的電解質來解決這一問題，但大多以失敗告終。還有一些人嘗試使用鹽或添加劑來改善鋰金屬電鍍/剝離的可逆性。AIST的研究人員建議，使用Li2O作為犧牲劑，將其預加載至LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2表面。

研究人員表示：“實現(xiàn)高鋰可逆性具有挑戰(zhàn)性，尤其是考慮到電芯配置中有限的鋰儲存（通常為零鋰過量）。在這項研究中，我們在LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正極上引入 Li 2 O ，作為預加載犧牲劑，以提供額外的鋰源。在長期循環(huán)過程中，這可以抵消鋰在初始無負極電芯中的不可逆損耗。”

除了使用Li2O 作為犧牲劑，研究人員還提議，使用氟丙基醚添加劑來中和Li2O氧化過程中釋放的親核O2-，并防止由于在電池正極表面涂覆LiF基電解質而產(chǎn)生的氣態(tài)O2的額外演變。“我們發(fā)現(xiàn)，通過Li2O氧化釋放的O2-物質，可以被氟化醚添加劑協(xié)同中和。這會導致在正極/電解質界面形成一層LiF基膜，使正極表面鈍化，并抑制醚溶劑的有害氧化分解。”

基于這種設計，該所研究人員制造出長壽命2.46 Ah初始無負極軟包電芯。該電芯的重量能量密度為320 Wh kg-1，經(jīng)過300個運行周期后，可保持80%的容量。

該團隊提出的無負極設計，或將有助于解決鋰金屬電池的一些常見問題，推動開發(fā)更安全、能量密度更高、壽命更長的鋰基充電電池。 

原標題：日本開發(fā)新型無負極鋰金屬電池 能量密度高/壽命長