这种电池被视为减少气候变化影响的解决方案的重要组成部分，也是全世界科研团队追求的目标，科学家们正在探索一系列令人眼花缭乱的选择。

一种即将出现的解决方案是用于电动汽车的锂金属电池。这些电池的能量几乎是被广泛使用的锂离子电池的两倍，而且重量更轻。这种组合为电动汽车提供了诱人的前景，该汽车在充电后会更轻、行驶更远。但实验室中的锂金属电池一直饱受过早报废的困扰，寿命只有当今锂离子电池的一小半。

现在，美国能源部太平洋西北国家实验室的一组科学家创造了一种可持续 600 次循环的锂金属电池，远远长于其他报道的结果。这意味着它可以在生命周期内完全充电和放电 600 次。

这是一项向前迈出了巨大进步的有前途的技术，但锂金属技术尚未准备好迎接黄金时代。虽然如今电动汽车中使用的锂离子电池能量较低，但它们的使用寿命更长，通常至少可循环 1,000 次。

这项新研究是通过美国能源部电池联盟创新中心完成的，这是一个由 PNNL 牵头的多机构努力的结果，旨在开发比目前使用的电池更轻、更能源密集且更便宜的电动汽车电池。PNNL 领导该联盟，负责将合作机构的最新进展整合到称为高能软包电池的设备中，并在现实条件下展示改进的性能。

锂金属：超薄锂条意味着更长的使用寿命

PNNL 团队通过一种令人惊讶的方法找到了一种延长电池寿命的方法。该团队没有使用含更多锂的阳极，而是使用了极薄的锂条，只有 20 微米宽，远比人的头发丝还要薄。

很多人都认为，锂越厚，电池的循环时间就越长，但这并不总是正确的。每个锂金属电池都有一个优化的厚度，具体取决于其电池能量和设计。

研究团队创造的锂金属电池的能量密度为 350 瓦时每公斤（Wh/kg），这非常高，但并非史无前例。新研究的价值更多地与电池的寿命有关。600 次循环后，电池仍保留其初始容量的 76%。就在四年前，一种实验性锂金属电池可以运行 50 次循环。增长迅速；两年前，PNNL 团队实现了 200 次循环，现在达到了 600 次。此外，PNNL 电池是一种软包电池，比纽扣电池更能反映现实世界的情况，纽扣电池是许多电池研究项目中使用的一种不太现实的设备.

锂金属：为什么厚度很重要

该团队决定尝试更薄的锂条是基于其对阳极分子动力学的详细了解，如《自然能源》论文中所述。科学家们发现，较厚的锂条会直接导致电池故障。这是由于阳极上称为固体电解质中间相或 SEI 的薄膜周围发生了复杂的反应。SEI 是锂和电解质之间副反应的副产品。它充当重要的守门者，允许某些分子从阳极进入电解质并返回，同时阻止其他分子进入。

这是一项重要的工作。有效工作的 SEI 允许某些锂离子通过，但会限制不必要的化学反应，从而降低电池性能并加速电池故障。研究人员的一个主要目标是减少电解质和锂金属之间不需要的副反应——在抑制不需要的化学反应的同时促进重要的化学反应。

研究团队发现，较薄的锂条擅长创造人们可能称之为良好 SEI，而较厚的锂条更有可能导致人们可能称之为有害的 SEI。在他们的论文中，研究人员使用了“湿 SEI”和“干 SEI”这两个术语。湿版保持液体电解质和阳极之间的接触，使重要的电化学反应成为可能。

但在干燥版本中，液体电解质不会接触到所有的锂。简而言之，因为锂条较厚，电解液需要流入更深的锂带中，这样一来，锂的其他部分就会变干。这会阻止重要反应的发生，有效地抑制必要的电化学反应，并直接导致电池过早报废。

这是一个重要的问题，尤其是在像软包电池这样的现实电池中，其中可用的电解液量比实验纽扣电池中使用的电解液量少 20 到 30 倍。