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近日，寧德時代21C創新實驗室歐陽楚英、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，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設計方案，顯著提升了鋰金屬電池的循環壽命。值得關注的是，研究中關鍵的氣體溶解性測試數據由元能科技（IEST）的GVM2200原位產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的核心，但其商業化面臨兩大難題：

1、鋰金屬與電解液的副反應：持續形成的固態電解質界面（SEI）會消耗活性鋰和電解液，導致電池失效。

2、電解液分解機制不明確：傳統研究缺乏對界面反應的定量分析，難以指導電解質優化。

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

GVM2200的關鍵作用：CO?溶解性定量分析

研究中，團隊發現正極側DME溶劑的氧化會生成CO?，并通過“電極間串擾”遷移至負極，與鋰反應生成Li?CO?（反應式：4Li + 3CO? → 2Li?CO? + C）。這一過程是導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測電解液中CO?的溶解體積變化，精準量化了氣體溶解度數據。該結果與理論模擬相互驗證，明確了CO?串擾對電池性能的影響，為后續電解質設計提供了關鍵參數。

創新電解質設計：從機理到應用

基于上述發現，團隊提出“高鹽濃度+低粘度稀釋劑”的電解質優化策略：

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）：在保持高離子電導率（4.1mS/cm）的同時降低粘度（3.3mPa·s）。

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

IEST元能科技：為前沿研究提供精準工具

本研究充分展現了GVM2200原位產氣體積分析儀（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致的體積變化，適用于電解液副反應研究。

兼容性廣：滿足鋰金屬電池苛刻的實驗環境需求。

數據可重復：為理論模擬和工程化設計提供可靠實驗基準。

元能科技持續致力于為能源材料研究提供原位表征解決方案，助力學術界與產業界突破電池技術瓶頸。

關于元能

元能科技是一家專注于鋰離子電池檢測儀器研發與生產的高新技術企業，致力于為全球新能源領域提供領先的檢測解決方案與服務。

元能科技注重前沿技術研發，擁有材料、物理、化學、電化學、光學、機械、電子、計算機、人工智能等多學科多專業交叉的研發團隊，圍繞表征方法、設備技術、應用方案等開展自主研發，推出多款行業領先的新型儀器，獲得了多項發明專利及實用新型專利，服務于全球眾多材料企業、電芯企業、終端企業、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上下游規范統一的檢測方法，主導或參與制定多項國家標準、行業標準及團體標準，參與國家重點研發計劃，助力新能源行業的創新與發展！