近日，寧德時代21C創(chuàng)新實驗室歐陽楚英、王瀚森團隊獨立完成的鋰金屬電池研究成果發(fā)表于國際頂級期刊《Nature Nanotechnology》，題為《Application-driven design of non-aqueous electrolyte solutions through quantification of interfacial reactions in lithium metal batteries》。該研究通過多尺度表征技術(shù)，首次定量解析了醚類電解液中鋰鹽與溶劑的分解路徑，并提出了一種新型電解質(zhì)設(shè)計方案，顯著提升了鋰金屬電池的循環(huán)壽命。值得關(guān)注的是，研究中關(guān)鍵的氣體溶解性測試數(shù)據(jù)由元能科技（IEST）的GVM2200原位產(chǎn)氣體積分析儀精準完成，為揭示電池失效機制提供了重要支撐。

研究背景：鋰金屬電池的挑戰(zhàn)與機遇

鋰金屬電池因其極高的能量密度被視為下一代儲能技術(shù)的核心，但其商業(yè)化面臨兩大難題：

1、鋰金屬與電解液的副反應(yīng)：持續(xù)形成的固態(tài)電解質(zhì)界面（SEI）會消耗活性鋰和電解液，導(dǎo)致電池失效。

2、電解液分解機制不明確：傳統(tǒng)研究缺乏對界面反應(yīng)的定量分析，難以指導(dǎo)電解質(zhì)優(yōu)化。

為此，研究團隊結(jié)合滴定-質(zhì)譜聯(lián)用（T-DEMS）、萃取-色譜分析（E-G&IC）以及元能科技GVM2200原位測試技術(shù)，首次實現(xiàn)了對電解液分解路徑的定量追蹤。

GVM2200的關(guān)鍵作用：CO?溶解性定量分析

研究中，團隊發(fā)現(xiàn)正極側(cè)DME溶劑的氧化會生成CO?，并通過“電極間串?dāng)_”遷移至負極，與鋰反應(yīng)生成Li?CO?（反應(yīng)式：4Li + 3CO? → 2Li?CO? + C）。這一過程是導(dǎo)致活性鋰損失的重要原因。

元能科技GVM2200通過阿基米德原理實時監(jiān)測電解液中CO?的溶解體積變化，精準量化了氣體溶解度數(shù)據(jù)。該結(jié)果與理論模擬相互驗證，明確了CO?串?dāng)_對電池性能的影響，為后續(xù)電解質(zhì)設(shè)計提供了關(guān)鍵參數(shù)。

創(chuàng)新電解質(zhì)設(shè)計：從機理到應(yīng)用

基于上述發(fā)現(xiàn)，團隊提出“高鹽濃度+低粘度稀釋劑”的電解質(zhì)優(yōu)化策略：

1、最大化LiFSI含量：提升鹽濃度以延緩鋰離子耗盡；

2、引入低分子量稀釋劑（如BTFE、苯）：在保持高離子電導(dǎo)率（4.1mS/cm）的同時降低粘度（3.3mPa·s）。

采用優(yōu)化后的電解液（LiFSI-1.2DME-3BTFE），20μm鋰負極||NMC811電池在貧電解液條件（2.1g/Ah）下實現(xiàn)483次循環(huán)（容量保持率77%），較傳統(tǒng)配方提升80%以上。

IEST元能科技：為前沿研究提供精準工具

本研究充分展現(xiàn)了GVM2200原位產(chǎn)氣體積分析儀（如下圖）在高水平科研中的價值：

高靈敏度：可檢測微量氣體溶解導(dǎo)致的體積變化，適用于電解液副反應(yīng)研究。

兼容性廣：滿足鋰金屬電池苛刻的實驗環(huán)境需求。

數(shù)據(jù)可重復(fù)：為理論模擬和工程化設(shè)計提供可靠實驗基準。

元能科技持續(xù)致力于為能源材料研究提供原位表征解決方案，助力學(xué)術(shù)界與產(chǎn)業(yè)界突破電池技術(shù)瓶頸。

關(guān)于元能

元能科技是一家專注于鋰離子電池檢測儀器研發(fā)與生產(chǎn)的高新技術(shù)企業(yè)，致力于為全球新能源領(lǐng)域提供領(lǐng)先的檢測解決方案與服務(wù)。

元能科技注重前沿技術(shù)研發(fā)，擁有材料、物理、化學(xué)、電化學(xué)、光學(xué)、機械、電子、計算機、人工智能等多學(xué)科多專業(yè)交叉的研發(fā)團隊，圍繞表征方法、設(shè)備技術(shù)、應(yīng)用方案等開展自主研發(fā)，推出多款行業(yè)領(lǐng)先的新型儀器，獲得了多項發(fā)明專利及實用新型專利，服務(wù)于全球眾多材料企業(yè)、電芯企業(yè)、終端企業(yè)、科研院所、高校及政府檢測單位。同時，元能科技積極推動建立行業(yè)上下游規(guī)范統(tǒng)一的檢測方法，主導(dǎo)或參與制定多項國家標準、行業(yè)標準及團體標準，參與國家重點研發(fā)計劃，助力新能源行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展！