随着锂离子电池（LiB）得到广泛应用，研究人员一直在尝试寻找可用作LiB组件的替代材料，以提高电池性能和效率，而不明显增加制造成本。目前，LiB中最常用的阳极材料是石墨，因其成本相对较低、重量轻且耐用。然而，近年来研究人员发现了若干种富有前景的石墨基阳极替代品，其中之一就是微尺寸合金阳极（micro-sized alloying anodes）。
（图片来源：nature.com）
合金阳极基于可以与锂反应的金属合金，例如硅（Si）、锡（Sn）或铝（Al）。与石墨阳极相比，这些合金基阳极具有明显的优势，比如成本更低，以及有望提高电池容量。尽管如此，事实证明，微尺寸合金阳极的可靠性不如石墨阳极。其中一个原因是它们经常会导致容量快速衰减和库仑效率低下，尤其是与碳酸盐基电解质结合时。
以往研究发现，在电池循环过程中，阳极上形成的固体电解质界面（SEI）与合金的结合过于强烈。这可能导致SEI和合金上出现结构裂缝，而电解质可以穿透这些裂缝，在电池充放电时形成新的SEI层。迄今为止，在使用微尺寸合金阳极的电池中观察到的快速退化现象，限制了它们的广泛使用和商业化。
据外媒报道，在期刊《自然能源（Nature Energy）》上发表的一篇论文中，马里兰大学（University of Maryland）和罗德岛大学（University of Rhode Island）的研究人员开发出新型不对称电解质，有望提高使用微尺寸合金阳极的锂离子电池的性能。
研究人员表示：“使用微尺寸合金阳极，可以提高电芯的循环寿命，但也会缩短电池日历寿命，提高制造成本。通过开发不对称电解质（无溶剂离子液体和分子溶剂）以形成富含LiF的无机SEI，我们明显提高了Si、Al、Sn和Bi阳极的循环性能，从而使90 mAh μSi||LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2和70 mAh Li3.75Si||SPAN软包电池（面积容量为4.5 mAh cm−2，N/P为1.4）实现400次以上的循环，并且容量保持率超过85%。”
研究人员设计和合成了新型电解质，其与微尺寸合金阳极和高能阴极结合时性能表现良好。这种电解质以N-甲基-N-（2-甲氧基乙氧基）甲基吡咯烷六氟磷酸盐（NMEP）为基础。该不对称电解质设计能够形成富含LiF的界面，使高容量阳极和高能阴极实现长循环寿命，并为高能锂离子电池提供通用解决方案。
为了评估这种电解质的潜力，该团队在大型LiB软包电池中对其进行测试，并取得了富有前景的结果。该电池可以在200次循环中实现140 mAh g-1以上的容量，并且经过400次循环后可保留85%以上的容量。新引入的不对称设计提高了LiPF6盐（LiB的关键组分）与低还原电位的二甲醚（DME）之间的相容性，从而能够在微尺寸合金阳极上形成可靠的LiF界面。
未来，研究人员可能在更广泛的具有不同阳极和阴极组分的电池上进行相关测试，以促进开发下一代电池解决方案。
