纳米碳酸钙实现“锂”想——解决电池枝晶生长和界面副反应两大难题

1常见高效的电解液添加剂

近些年研究人员已开发了一系列高效的电解液添加剂，主要集中在含F(如FEC)，含NO₃^-(如LiNO₃)，含S(如DTD)等，这些添加剂虽然有效改善了锂金属沉积可逆性，但通常成本较高，环境敏感，有些甚至具有较高的毒性和易燃性。而且，循环过程中的消耗以及活性基团引发的副反应也影响了电池的使用寿命。

有没有一种物美价廉、安全环保，最好还反应持久的电解液添加剂呢？答案，可能有。

2 “一步到位”的电解液添加剂

近日，中国科学技术大学王青松课题组首次借助纳米立方碳酸钙的缓释效应有效地改善了金属锂电池的循环稳定性和安全性。他们将纳米化的碳酸钙作为一种电解液固态添加剂用于锂金属电池，对电解液中HF等副产物进行结合锚定，抑制电解液的酸度上升，并形成了更致密坚固的SEI膜，而释放的Ca²⁺在EC/DEC中也可以吸附在金属表面起到静电屏蔽效应。在化学和物理策略的协同作用下，锂金属的脱/镀可逆性得到了有效改善，而独特的缓释效应又实现了长效保护。

纳米碳酸钙电解液添加剂作用原理

3纳米碳酸钙作用机制

一方面，纳米碳酸钙能够持续吸附电解液分解的副产物并释放含有LiPO₂F₂和Ca²⁺的活性物质，因而能够实现添加剂的超长有效期。

另一方面，据理论计算表明Ca²⁺在EC/DEC电解液体系中的还原电位低于Li+，因此释放出的Ca²⁺不会被还原而是会附着在金属锂沉积物的表面并排斥Li+在顶部的沉积，从而抑制枝晶生长。此外，具有较强阴离子解离能的Ca²⁺还有助于形成富含F的SEI膜，从而对于界面钝化具有积极作用。

编者按

环保、安全、廉价的纳米碳酸钙，作为电解液多功能添加剂用于锂金属电池，是一种双赢策略。纳米碳酸钙独特的缓释生效机制搭配上物理/化学双重协同策略，有效抑制了锂枝晶的产生并提高了全电池的循环和安全表现。整体而言，这为锂金属电池电解液添加剂的开发提供了一种新的思路，也丰富了缓释型添加剂和碳酸钙添加剂的应用类型。