鋰離子電池（LiB）已成為全球使用最廣泛的可充電電池。能源研究人員和材料科學家一直在嘗試尋找可用作鋰離子電池組件的替代材料，這有可能在不顯著增加製造成本的情況下提高電池性能和效率。

迄今為止，石墨由於成本相對較低、重量輕且耐用，已成為最常用的鋰電池負極材料。然而，近年來，研究發現了石墨基陽極的有前途的替代品，其中之一是微型合金陽極。

合金陽極基於金屬合金可以與鋰發生反應的物質，例如矽（Si）、錫（Sn）或鋁（Al）。基於這些合金的陽極比石墨陽極具有顯著的優勢，包括較低的成本和提高電池容量的潛力。

儘管具有潛在的優勢，但迄今為止，微型合金陽極已被證明不如石墨陽極可靠。原因之一是它們通常會導致容量快速衰減和庫侖效率低，特別是與基於碳酸鹽的電解質結合使用時。

過去的研究發現，固體電解質界面（SEI）保護層電池循環過程中在陽極上形成的氧化物與合金的結合過於牢固。這可能會導致 SEI 和合金上出現結構性裂紋，電解液可以透過這些裂紋滲透，在電池充電和放電時形成新的 SEI 層。

迄今為止，在具有微型合金陽極的電池中觀察到的由此產生的快速退化限制了它們的廣泛使用和商業化。

在一個紙發表於自然能源馬裡蘭大學和羅德島大學的研究人員推出了一種新型不對稱電解質，可透過微型合金陽極提高 LiB 的性能。

「使用奈米級合金陽極可以提高電池的循環壽命，但也會縮短電池的日曆壽命並增加製造成本，」李愛民、王澤一及其同事在論文中寫道。

「我們透過開發不對稱電解質（無溶劑離子液體和分子溶劑）形成富含LiF的無機SEI，顯著提高了微型Si、Al、Sn和Bi負極的循環性能，從而實現了90mAh的μSi||LiNi_0.8錳_0.1鈷_0.1氧₂和 70mAh 鋰電池_3.75Si||SPAN軟包電池（面積容量為4.5mAhcm^Ø2;N/P ≤1.4），可實現 >400 次循環，且容量保持率 >85%。

研究人員設計並合成了一種新型電解質，與微型合金陽極和高能量陰極結合使用時可以表現良好。此電解液基於N-甲基-N（2-甲氧基乙氧基）甲基吡咯烷鎓六氟磷酸鹽，縮寫為NMEP。

Li、Wang 和他們的同事寫道：“不對稱電解質設計形成富含 LiF 的界面，使高容量陽極和高能陰極能夠實現較長的循環壽命，並為高能鋰離子電池提供通用解決方案。”

來評價他們的電解質為了挖掘其潛力，該團隊在大型 LiB 軟包電池中對其進行了測試。他們的發現非常有前景，因為電池達到了 140 mAh g 以上的高容量^-1200次循環，400次循環後容量維持在85%以上。

研究人員新推出的不對稱設計提高了 LiPF 之間的兼容性₆鹽（LiB 的關鍵成分）和具有低還原電位的二甲醚（DME），能夠在微型合金陽極上可靠地形成 LiF 界面。

未來，它可以在更廣泛的電池上進行測試，這些電池具有不同的性能陽極和陰極組合物，可能有助於下一代電池解決方案的開發。

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