为长寿命金属电池设计动态溶剂恐惧液体电解质介面
Qi Kang1, Yong Li2, Zechao Zhuang3
1Department of Polymer Science and Engineering, Shanghai Key Laboratory of Electrical Insulation and Thermal Ageing, School of Chemistry and Chemical Engineering, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai, 200240, China.
Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.)
|January 25, 2024
概括
这项研究引入了一种用于金属电池 (LMB) 的新型溶剂恐惧动态液体电解质介相 (DLEI). DLEI通过形成稳定的,盐衍生的固体电解质间相 (SEI) 来提高碳酸盐电解质的循环稳定性和容量保留.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 储能 储能 储能 储能 储能 储能
背景情况:
- 在金属电池 (LMB) 中,传统的固体电解质界面 (SEI) 存在异质性和不良机械稳定性,导致不可逆转的和电解质损失.
- 这种不稳定性限制了LMB的实际应用和循环性能,特别是使用碳酸盐电解质的LMB.
研究的目的:
- 开发一种新的动态液体电解质介面 (DLEI),可以稳定金属-电解质接口.
- 诱导形成一个强大的,盐衍生的SEI,减轻副作用,改善电池寿命.
主要方法:
- 一种对溶剂恐惧的DLEI,Li-PFbTHF ( perfluoro-butyl tetrahydrofuran),被设计成富含C-F的组,可以选择性地运输盐并形成盐衍生的SEI.
- 现场电化学阻抗光谱和Ab-initio分子动力学被用来分析接口稳定性.
- 电化学性能使用LiFePO4的半电池和LiFePO4/Li全电池,以及0.55Ah的袋式电池进行了评估.
主要成果:
- 对于溶剂恐惧的DLEI有效地减少了与碳酸盐溶剂和潮湿空气的副作用反应,形成了富含LiF/Li3PO4的SEI.
- 通过电化学阻抗光谱和分子动力学模拟,确认了接口稳定.
- 在1.0°C的1000个循环后,Li-PFbTHF细胞显示了80.4%的容量保留,在550个循环后,全细胞实现了90.2%的容量保留.
- 一个0.55Ah袋式电池表现出稳定的循环,能量密度为252.0Wh kg-1.
结论:
- 拟议的溶剂恐惧DLEI策略有效控制盐衍生的SEI形成,显著提高碳酸基LMB的循环性能.
- 这种方法为开发稳定和高性能金属电池提供了一个有希望的途径.
