精确测定金属锂负极和金属锂电池的库伦效率研究

【引言】

金属锂电池有望成为未来能量储存领域的新星，但是诸如嵌锂-脱锂过程中的库伦效率限制和锂枝晶生长的安全性问题是其面临的主要挑战。

为了构建高性能的金属锂电池，精确测量锂的库伦效率是预测循环寿命的关键问题之一。当库伦效率接近100%的时候，尽管是0.1%的增量也会导致金属锂电池循环寿命显著的变化。然而，测量锂的库伦效率是受许多因素和测试方法影响的。比如，在锂样品的制备、转移和分析过程中，要尽量谨慎地避免暴露在空气中。

【成果简介】

近日，来自西北太平洋国家实验室的张基广博士在著名期刊AdvancedEnergyMaterials上发表题为”AccurateDeterminationofCoulombicEfficiencyforLithiumMetalAnodesandLithiumMetalBatteries”的文章。该文章研究了影响金属锂库伦效率测试的各种因素，并提出了一种精确测量金属锂库伦效率的方法。改进的测试库伦效率的可靠方法可作为标准化技术从而为其他研究者提供借鉴，并帮助其减小不同研究组之间测试库伦效率的误差。该库伦效率测试值可由此计算得到，并用于循环过程中锂消耗量的的定量化和金属锂电池循环寿命的估算。

【图文导读】

图一：方法1测试Li||Cu电池的电化学性能。

a)使用方法1测试的Li||Cu电池循环示意图；

b)恒电流测试：

c)电压随时间变化的变化曲线：

d)计算的库伦效率与循环次数的变化曲线。

图二：方法2测试Li||Cu电池的电化学性能。

a)使用方法2测试的Li||Cu电池循环示意图；

b)恒电流测试：

c)电压随时间变化的变化曲线：

图三：方法3测试Li||Cu电池的电化学性能。

a)使用方法3测试的Li||Cu电池循环示意图；

b)恒电流测试：

c)电压随时间变化的变化曲线：