低温下性能良好的锂金属电池

锂(Li)电池或锂金属电池使用金属锂作为阳极。在过去的几十年中，可充电锂电池已用于为各种电子设备供电，包括玩具，便携式消费类设备和电动汽车。

尽管这些电池通常在室温下可实现可靠的性能，但在低于-10°C的温度下，它们的能量效率，功率和循环寿命往往会大大降低。不能在低温下良好运行是一个关键缺陷，因为它极大地限制了它们在气候特别寒冷的地区的使用。造成这种限制的主要原因是，在低于-10°C的温度下，固体电解质中间相(SEI)变得不稳定，并导致电池中阳极的所谓的树枝状Li镀层。

宾夕法尼亚州立大学和阿贡国家实验室的一组研究人员最近推出了一种用于锂金属电池的新设计，可以克服这一有据可查的缺点。结果发现，与以前开发的锂电池相比，这种电池在低温下的性能非常好，该电池发表在《自然能源》上的论文中。

研究人员在论文中写道：“我们报道了在低温和高速率充电条件下的高性能锂金属电池。” “通过在集电器上使用自组装的电化学活性分子单层来实现高性能，该分子可调节SEI的纳米结构和组成以及Li金属阳极的沉积形态。”

最初，研究人员仔细研究了低温下的锂金属电池，以更好地了解影响其性能的因素。他们观察到，在-15°C时，源自常规电解质的电池SEI高度结晶且不均匀。这极大地限制了诸如氟化锂纳米盐之类的无源SEI组分的形成，从而导致了诸如不良的表面钝化，Li腐蚀以及阳极上枝晶生长等不利特性。

在室温下添加层来保护阳极，使用替代电解质或引入Li主体可以防止这些影响，但是在低温下，控制SEI纳米结构的挑战性更大，导致电池运行不稳定。因此，研究人员设计了一种创建SEI的方法，该SEI在纳米级是被动的，这又可以使锂金属阳极在低温下稳定运行。