第三代鋰電池——無負極電池來了，會對鋰電行業(yè)帶來革新嗎？

來源：知乎?作者：知乎??發(fā)布時間：2019-10-29 01:07:00??閱讀數(shù):1982

　　第三代鋰電池——無負極電池來了，會對鋰電行業(yè)帶來革新嗎？前一段時間，張繼光大佬在Nature Energy上發(fā)了一篇news&views（自然能源），簡單的提到了這種新的無負極的電池設計方案所展現(xiàn)出的良好前景。

　　注意啊，張繼光大佬發(fā)話了，就表明了一種立場，或許這種idea是真的可行；而且，Dahn教授也真香了一回，在Nature Energy上發(fā)了篇大作。

在那之前，先講一下鋰電池這幾種概念的延續(xù)發(fā)展情況：

　　目前，鋰離子電池(LIBs)已成為應用最廣泛的儲能系統(tǒng)之一。商用鋰離子電池通常由多個電池堆組成，而每個電池由陽極集電體、陽極、分離器、陰極和陰極集電體結構組成，并浸泡在液體電解質中。在充電過程中，從正極材料中所提取的鋰離子通過電解，浸出分離器擴散到負極材料中。在放電過程中，這一過程是反向的。

　　目前，基于石墨的負極材料是電池行業(yè)負極材料的主要選擇。近年來，全世界都在致力于用鋰金屬陽極取代石墨陽極。因為鋰金屬具有十倍于石墨負極的比容量，極具研究價值。但是，鋰金屬負極深受庫倫效率較低的影響，目前經常只能達到99%，而石墨負極可以達到99.99%。因此，鋰金屬電池通常使用過量的鋰陽極。這不僅增加了電池的體積和成本，而且由于鋰金屬的高反應活性，也帶來了安全問題。

　　在初始充電過程中，鋰離子從正極中提取出來，以金屬鋰的形式電沉積到集電體(Cu)上。在隨后的放電過程中，鋰離子被從銅電流收集器中剝離出來，插入到正極中。由于在組裝好的電池或完全放電的電池的陽極側不存在鋰金屬，因此安全隱患大大降低。

　　本來一開始我就覺得，anode-free這種idea真的可行性不大，畢竟當年那篇文章的確有炒概念的嫌疑，要么就是把負極給弄薄了，要么就是容量很低。但是不得不說，還是滿能說的，最后的確能給人一種隱隱約約的想法。但是，我去查了查，發(fā)現(xiàn)張繼光大佬在之前也做了一些工作效果的確也不錯。

　　這是當年那篇paper上的示意圖，b是anode-free電池的示意圖。

　　當時所使用的兩種電解液中的沉積形貌對比，其實差異還是蠻明顯的。上面的對應1 M LiPF 6 -EC/DMC電解液，下面的對應4 M LiFSI-DME電解液。Dahn這次是用的是這種電池，由于沒有多余的鋰，體積被最小化了，同時能量密度被最大化了。以下為Dahn實驗的示意圖。這次他們使用了1 M LiDFOB和0.2M LiTFSI的FEC/DEC電解液，獲得了非常好的性能。