金屬鋰的理論比容量為3860mAh/g，自身又具有最佳的導電性，因而是一種抱負的鋰離子電池負極資料，可是金屬鋰負極在運用進程中面對著金屬鋰枝晶和死鋰等問題，不只嚴峻影響金屬鋰離子電池的循環(huán)功用，還會構成嚴峻的安全隱患。

為了處理金屬鋰負極存在的這些問題，近日美國陸軍實驗室的JudithAlvarado（榜首作者）和OlegBorodin,YingShirleyMeng,KangXu（通訊作者）開發(fā)了一種FSI-和TFSI-雙鋰鹽混合型醚類電解液，新式電解液優(yōu)化了Li在負極的堆積進程，然后顯著行進了金屬鋰離子電池的循環(huán)功用，NCM622/Li電池循環(huán)300次后容量堅持率依然高達88%。

鋰離子電池中電解液為酯類溶劑系統(tǒng)，反應活性比較高，因而不適合金屬鋰離子電池，而醚類溶劑則相比較較安穩(wěn)，研討標明醚類電解液可以很好的抑制金屬鋰枝晶的生長。除了溶劑系統(tǒng)外，鋰鹽的選擇也對金屬鋰負極的功用有著顯著的影響，例如高濃度的LiFSI可以顯著的行進鋰金屬電池的庫倫功率。

下圖為幾種醚類電解液和慣例的碳酸酯類電解液電導率與溫度之間的聯(lián)系曲線，從圖中可以注意到醚類電解液的低溫電導率要顯著低于碳酸酯類電解液，一同咱們還注意到兩種不同濃度的LiFSI電解液的電導率曲線上有一個驟變點，這重要是因為在溫度下降的進程中LiFSI堆積分出導致的，可是假如咱們在電解液添加LiTFSI后就可以有用的抑制LiFSI的堆積現(xiàn)象。

下圖為選用三種不同電解液的Li/Cu半電池的循環(huán)功用曲線（0.5mA/cm2，0.5mAh/cm2），從圖中咱們可以看到金屬鋰負極在碳酸酯類電解液中十分不安穩(wěn)，初度功率僅為54.7%，通過85次循環(huán)后庫倫功率才逐漸行進到80%，標明金屬鋰在碳酸酯類電解液中安穩(wěn)較差，副反應較多然后嚴峻影響金屬鋰負極的循環(huán)功用。而在醚類電解液中金屬鋰負極的安穩(wěn)性則要好的多，不只初度功率顯著行進，在隨后的循環(huán)中電池的充放電庫倫功率也很快抵達了98.2%（SSEE電解液）和97.9%（BSEE電解液）并安穩(wěn)循環(huán)了200次。

由于金屬鋰是一種十分生動的金屬，具有十分強的恢復能力，因而金屬鋰在堆積進程中的細密度就十分要害，愈加細密的結構可以有用的削減金屬鋰與電解液之間的觸摸面積，削減副反應的發(fā)作，有關行進庫倫功率和循環(huán)壽數(shù)都有活躍的影響。下圖為金屬鋰在幾種不同電解液中的堆積的表面描畫，從下圖a中可以看到在碳酸酯類電解液中堆積的金屬鋰存在許多的枝晶，金屬鋰呈現(xiàn)十分疏松的堆積狀況，而選用高濃度醚類電解液的金屬鋰顆粒比較大，堆積層也愈加細密。

對堆積層的截面觀測可以發(fā)現(xiàn)，在碳酸酯類電解液中堆積的金屬鋰層中存在許多的孔隙（下圖d），而在SSEE電解液中，金屬鋰堆積層重要由大顆粒的金屬鋰組成，而且堆積層中的孔隙也顯著削減（下圖e），而在選用雙鋰鹽的BSEE電解液中，金屬鋰堆積層的結構被進一步優(yōu)化，金屬鋰堆積層中沒有見到顯著的孔隙。這標明高濃度的醚類電解液可以有用的抑制鋰枝晶的生長，而選用雙鋰鹽醚類電解液則可以進一步改進金屬鋰堆積層的結構。

低溫透射電鏡技術是近年來興起的一種觀測技術，在極低的溫度下可以最大極限的防止被觀測資料被電子束損壞，因而這也讓原位觀測鋰枝晶的發(fā)作和生長成為了可能。從下圖能a可以看到在一般的碳酸酯類電解液中金屬鋰堆積會構成條狀結構，無序的生長的鋰枝晶在堆積層內發(fā)作了許多的孔隙，而在SSEE電解液中，金屬鋰堆積層重要是由鋰枝晶和鋰納米片組成，而在BSEE電解液中，金屬鋰堆積層則完全是由無定形的鋰納米片結構構成。

為了分析電解液有關金屬鋰堆積行為的影響，JudithAlvarado選用密度函數(shù)的辦法有關金屬鋰在BSEE電解液（LiSFI+LiTSFI，溶劑DME）中的堆積行為進行了研討，核算顯現(xiàn)在金屬鋰表面的首要發(fā)作的反應是LiFSI的恢復和分化，然后才發(fā)作LiTFSI的分化。盡管LiTFSI分化反應比較滯后，可是在電解液中LiTFSI可以招引負極表面的電子，并將LiFSI從負極表面擠走，減緩LiFSI分化速度，然后在金屬鋰的表面構成一層愈加均勻和愈加安穩(wěn)的SEI膜，有利于金屬鋰離子電池循環(huán)功用的行進。

為了驗證醚類電解液在強氧化系統(tǒng)中的安穩(wěn)性，JudithAlvarado以NCM622為正極，金屬鋰為負極組裝了Swagelok電池，并參加不同的電解液，并充電到4.4V，從下圖中可以看到選用BSEE電解液的電池循環(huán)300次后容量堅持率依然抵達88%以上，比SSEE電解液高10%，比碳酸酯類電解液高25%，標明BSEE電解液可以顯著行進金屬鋰離子電池的循環(huán)功用。

半電池中鋰是過量的，因而在循環(huán)進程中副反應導致的鋰丟掉并不會反應在容量丟掉上，因而JudithAlvarado以Cu箔代替金屬鋰，然后在電池內部營建一個有限鋰的環(huán)境。從下圖中咱們可以看到在一般的碳酸酯類電解液中循環(huán)的電池，只是通過30個循環(huán)后可逆容量就下降為0。而選用BSEE電解液的電池在通過54次循環(huán)后，可逆容量依然抵達90.9mAh/g，庫倫功率抵達98.6%，顯著好于其他電解液。從這幾種電解液的比較可以發(fā)現(xiàn)，盡管這幾種電解液的鋰鹽總濃度比較靠近，可是循環(huán)功用卻有著巨大的不同，這標明LiTFSI/LiSFI的比例是影響電池循環(huán)功用的更為要害的要素。

JudithAlvarado的研討標明盡管高濃度的醚類電解液可以行進金屬鋰負極的循環(huán)功用，可是當鋰鹽的濃度抵達一定的程度后效果就會顯著減弱，而選用LiTFSI/LiFSI雙鋰鹽混合的醚類電解液，通過恰當?shù)腖iTFSI/LiFSI比例可以顯著的改進金屬鋰的堆積特性，行進金屬鋰離子電池的循環(huán)功用。