电极和电解质之间的界面很大程度上影响电池转换能量的效率。近年来，许多旨在开发性能更好的电池的努力都集中在定制电极/电解质界面，以提高可充电电池，特别是锂金属电池（LMB）的能量密度。

LMB 是一种很有前景的电池解决方案，它集成了锂金属阳极，而不是通常采用的石墨基阳极。锂离子电池（LiB）。与锂电池相比，这些电池可以表现出更高的能量密度和更快的充电速度。

尽管如此，迄今为止开发的许多LMB都存在显着的局限性，例如制造成本高、库仑效率低以及充电过程中锂枝晶的生长。锂枝晶是树状的锂金属结构，在电池充电时会在阳极表面形成，增加过热和潜在火灾的风险，同时也会降低电池的性能。

克服 LMB 这一关键限制的可能解决方案是调节 Li⁺溶剂化结构并设计新的电解质，以促进固体电解质界面（SEI）的形成并稳定电极/电解质界面。虽然许多研究一直关注这些目标，但很少有人探讨电池中的介电环境如何有助于稳定/不稳定该界面。

浙江大学和中国其他机构的研究人员最近开展了一项研究来探索这一研究问题。他们的论文，发表在自然能源，概述了一种介电协议，可以帮助解决与 LMB 相关的一些问题，从而有可能提高其安全性和可靠性。

该论文的合著者范秀林告诉 TechXplore：“随着电动汽车和储能市场的持续增长，对锂离子电池的需求将不断增加。”“然而，为了实现低碳或无碳经济，我们需要比现有锂离子电池性能更好的电池。这就需要能量密度高于500 Wh/kg的储能技术，为电子设备提供动力。与使用金属电极而不是石墨电极的锂金属电池（LMB）相比，单次充电时间更长已经引起了我们的注意，但这些电池在实验室和工业中都面临着过早死亡的问题，因此我们的主要目标是开发更长的电池寿命。-持久且高能量密度的LMB。”

研究人员论文中介绍的 LMB 设计方法考虑了界面电场对电极/电解质界面的影响，界面电场可以通过电池的电介质进行调制。通过调节电池中使用的介电介质，他们的协议确保了阳离子-阴离子协调的完整性，从而使富含阴离子的电解质暴露于界面电场时能够形成 SEI。

“介电协议要求将阳离子-阴离子对置于具有高介电常数的非溶剂化溶剂中，这可以保护阳离子-阴离子对免于电场解离，”范解释道。“这在电极-电解质界面附近形成了一个富含阴离子的区域。这种界面配置可以优先考虑界面处的阴离子分解，从而为锂金属软包电池中的锂沉积物提供强大的界面化学作用。”

“在带电界面，阳离子-阴离子对排列成周期性振荡分布，”张、李和他们的同事写道。“低振荡幅度会加剧电解质分解并增加表面阻抗。我们提出了一种介电协议，可以在界面处以高振荡幅度保持阳离子-阴离子协调，从而解决这些问题。”

使用他们新提出的协议，该团队实现了超精简电解质（1～g～啊^Ø1），他们在锂金属软包电池中进行了测试。由此产生的软包电池具有 500Wh-kg 的卓越能量密度^Ø1。

“这项工作揭示了带电电极-电解质界面上阴离子和阳离子的空间分布，”范说。“这使我们能够通过调整电解质成分来调整界面特性，从而提高电池性能。”

其他研究小组很快就会从该研究小组的介电介导方法中获得灵感，为 LMB 制备其他有前景的电解质。总的来说，这些努力可以有助于开发更可靠的高密度电池解决方案。

“锂金属电池的高能量密度可能会导致火灾和爆炸等严重的安全隐患，”范补充道。“我们未来的工作旨在提高锂金属电池在现实条件下的循环稳定性，以实现兼具高能量密度和安全性的储能技术。”

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