日本信州大学采用镁盐抑制锂晶枝 欲用电镀技术攻克难题

据外媒报道，日本信州大学（Shinshu University）研发了抑制锂硫电池及锂空气电池内锂枝晶增生的新方法。研究团队将重质碳酸镁（magnesium bis）（三氟甲磺酰基，trifluoromethanesulfonyl）用作电解液添加剂（electrolyte additive），使沉积的镁与随后积聚的锂发生合金化反应（alloying reaction）。

相较于传统的石墨材料（LiC6: 372 mAh/g）而言，锂金属是一款极具前景的高能量密度电池负极材料，因为其理论容量（theoretical capacity）高达3860 mAh/g。然而，锂金属的应用也存在诸多安全风险，容易生成锂晶枝，渗入蓄电池隔板（separator），引起电池内部短路。为此，研发人员采用了诸多方法，用于预防锂晶枝的出现，包括：采用t3D matric基材、电解液添加剂及利用固态电极。

添加镁盐抑制锂晶枝生成的示意图：

（a）研究人员采用了一款市面上可购得的电解液，锂晶枝呈非均匀分布。通过反复的沉积-溶解循环，淤积形态（deposition morphology）导致了锂晶枝的生成，该物质将引起电量的急速衰减和热逃逸（thermal runway）。

（b）在含有镁盐的电解液中，镁离子出现衰减，并在基材上生成金属镁，这主要得益于其标准电机电势（standard electrode potential）较高。随后，锂积聚物将与镁金属发生电化学反应，生成锂镁二元合金（binary Li–Mg alloy）。

尽管该方法能抑制锂晶枝的形成，但研究人员却发现，难以发生可逆反应，而这对于可充电电池而言，无疑是非常重要的前提条件之一。研究人员正在研究其他镁盐，并致力于提升镁盐与锂金属的电化学稳定性，从而使可逆反应的发生更容易些。

研究人员希望利用电镀技术（plating technology）来解决上述难题，并最终研发一款紧凑型大容量锂电池。