特斯拉研究伙伴关系在新电池化学方面取得进展

电动汽车已经走了很长一段路，充电一次就能走很长一段路。但每个人都在寻求电池技术的下一次大飞跃-能量密度明显更高的电池将意味着更大的续航里程或更低的成本，才能达到当前的续航里程。当前的锂离子电池技术总有一些渐进的进步空间，但有一个锂圣杯几十年来一直遥不可及：抛弃石墨阳极，缩小电池体积。

锂金属电池将简单地使用固体锂作为阳极，而不是需要一个石墨框架，以便锂原子在电池充电时可以塞进去。问题是，锂在充电过程中不会形成有序表面，因此电池容量急剧下降-在某些配置中，在20个充电周期内下降到80%。流氓锂还倾向于建立危险的、分支的、针状的结构，这些结构可以刺穿阳极和阴极之间的隔板，并使电池短路。

去年，达尔豪西大学(Dalhousie University)的一个与特斯拉(Tesla)有联系的实验室小组开发了一种性能略好的锂金属电池。当电池充电时，锂原子被电镀到铜电极上，然后当电荷耗尽时，锂原子又移回传统的锂-镍-锰-钴阴极。通过一种新的电解液，他们能够让这种电池持续大约90次循环，然后达到80%的容量，以控制严重的短路问题。

在一项新的研究中，该团队报告了该设计的尸检报告，确定了容量损失的原因。结果，他们找到了一个可以让他们达到大约200个周期的调整。

如果这种电池达到生存能力，每单位体积的能量比目前使用的锂离子电池高出约60%，那将是一个重大的进步。研究人员指出，这可能会使电动汽车的续航里程从400公里增加到680公里(或250英里到400英里)。稳定性的提高归功于有机溶剂中由两种锂硼氟盐组成的电解质。为了了解电池内部的情况，研究小组分析了电解质随时间的变化，并跟踪了阳极上形成的固体锂的行为变化。

事实证明，电解液中的盐在电池充电周期中被消耗掉了。阴极侧的反应将其中一种盐转化为另一种盐，但阳极侧的反应消耗两种盐而不再生。因此，随着电池经历越来越多的循环，可供其工作的电解质越来越少。

将阳极侧置于电子显微镜下观察，发现固体锂的循环电镀和去除在重复循环过程中变得越来越无序。它开始时形成一个非常光滑的层，但在第50个周期左右发展成地形。口袋形成在环形的墙壁之间，导致锂的电隔离部分增加-不再随着电池的来回舞蹈而发挥作用。(请参见本页顶部的图像。)。这也意味着固体锂的表面积增大，因此需要更多的电解质来保持到处的接触。

一种可能的解决方案是增加电解质的体积，以便盐耗尽的时间更长，同时更好地在整个表面积上保持接触。然而，这会降低电池的能量密度，所以研究小组决定尝试提高溶解在电解液中的盐的浓度。

随着浓度的提高，电池能够在更多的充电循环中保持容量-在下降到80%之前，至少达到了150次循环。或者换一种说法，大约需要200个循环才能降低到相当于那种大小的锂离子电池的容量。另一件有帮助的事情实际上是一些简单的夹紧压力，因为这会促使固体锂更好地组装在一起。所有这些数字都来自放在一个小拨动夹子里的电池。如果没有这种压力，运力下降的速度会明显更快。

这些结果表明，在一个顽固的问题上取得了相当大的进展，但这种设计要满足目前锂离子电池的寿命还有很长的路要走，目前的锂离子电池可以超过1000次循环，然后下降到80%的关口。研究人员写道，“然而，在这种电池用于电动汽车或电气化的城市航空之前，需要延长寿命。如果能在寿命上取得进一步的进步，采用液体电解质的无阳极锂金属电池是迈向可行的高能量密度锂电池的最直接和最低成本的途径。“