锂电池修复策略示意图
锂离子电池和其他新兴锂基电池技术已经广泛应用于智能手机、笔记本电脑和相机等产品。锂电池优点诸多，但它们的使用寿命较短。工程师们发现，导致锂电池性能衰减的主要原因之一在于，锂有时会变得不活跃。这种“死锂”会引发容量衰减和热失控，最终导致锂电池性能受损或寿命完结。techxplore.com网站当地时间4月22日报道，中国浙江工业大学、浙江大学和美国阿贡国家实验室的研究人员基于碘氧化还原反应，设计了一种让锂金属阳极中的非活性锂“起死回生”的策略。相关研究成果刊登在《自然?能源》杂志中。
固体电解质界面（SEI）是锂离子电池在前几个充电周期中，阳极上产生的一层钝化层。SEI对确保电池效率、稳定性和安全性起着至关重要的作用。在传统石墨阳极锂离子电池中，SEI通常由LiF、Li2CO3、烷基碳酸酯等物质构成。最近的研究表明，在锂金属阳极电池中，SEI主要由Li2O组成。在这类电池中，锂镀层体积的变化会对Li2O基SEI的机械完整性和钝化作用产生不利影响。这反过来又促成了“死锂”的形成。
此前，其他研究人员曾提出过多种提高锂金属阳极电池性能的方法。例如，使用人工SEI结构或加入SEI调节的电解质添加剂（六氟磷酸铯或碳酸氟乙烯）。然而，他们发现锂镀层的体积变化会导致SEI破裂，将锂暴露在电解液中，导致形成新的SEI。随着时间推移，这种持续的SEI损坏和修复过程会损害电池性能。
在新策略中，研究人员希望量化在锂金属阳极上形成的SEI中的Li2O含量。此外，他们还研究了钝化SEI在电隔离死锂形成中的作用。研究人员Chengbin Jin等指出，SEI中锂的损耗和死锂碎片化是导致锂金属电池性能下降的主要原因。这一发现启发他们设计了用碘氧化还原反应恢复死锂活性的方法。研究人员在文中说：“我们提出了一种基于系列碘氧化还原反应（主要涉及I3-/I-）的锂还原方法。以生物炭胶囊作为碘的载体，我们证实了I3-/I-氧化的自发特性，它能有效地恢复死锂活性，弥补锂损耗。”
按照这种设计思路，Jin等用极少量的锂制备了一种完整的电池。该电池具有1000次的循环寿命以及高达99.9%的库伦效率。为了进一步评估锂离子恢复策略的有效性，研究人员将阳极与商业阴极（如LiFePO4和LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2）结合，构建了一种袋状电池。这种电池在寿命和效率测试中也取得了良好的结果。
在未来，该研究团队设计的锂离子活性恢复策略，不仅有助于开发新型高性能锂金属阳极电池，还可以用于延长现有锂电池的循环寿命。
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编译：雷鑫宇
审稿：西莫
责编：陈之涵
期刊来源：《自然?能源》
期刊编号：2058-7546
原文链接：
https://techxplore.com/news/2021-04-strategy-rejuvenate-dead-lithium-batteries.html
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