两性聚合物电解质阻断格子氧的演变从高压丰富的阴极为超热稳定电池

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
• 聚合物化学 聚合物化学

背景情况:

• 富含的阴极对于高能量密度的离子电池至关重要,但在高电压下受损.
• 这些阴极中的不稳定的晶格氧可以氧化为单片氧,导致不可逆转的相位过渡和容量衰减.
• 这种降解限制了高性能离子电池的实际应用.

研究的目的:

• 开发一种新的电解质策略,以缓解高电压的富含的阴极的不可逆性降解.
• 为了提高离子电池的循环稳定性和能量密度,使用富含的阴极材料.
• 为了研究自组装的两性共聚物在阴极-电解质接口上的保护机制.

主要方法:

• 通过将疏水性C-F侧链与疏水性子单元连接,合成两性共聚物 (UMA-F_x).
• 应用UMA-F_x电解质来覆盖富含Ni的阴极表面,形成一个稳定的阴极-电解质介面 (CEI).
• 对NCM811//UMA-F₆//Li袋式电池进行电化学测试,包括循环稳定性,能量密度测量和热稳定性测试.

主要成果:

• 在高电压 (>4.2V) 时,UMA-F_x涂层有效地抑制了从阴极释放的氧气.
• 观察到氧化 (Co³⁺→Co⁴⁺) 是主要反应,取代有害的氧气释放并防止相移.
• NCM811//UMA-F6囊电池实现了362.97Wh/kg的高能量密度和出色的耐用性,在4.7V下循环200次.
• 这些电池表现出了显著的热稳定性,在120°C下安全运行,没有短路或爆炸.

结论:

• 两性共聚合物在丰富的阴极上形成稳定且具有保护性的CEI层,显著提高了电池的性能.
• 开发的UMA-F电解质使高压离子电池能够稳定运行,克服了关键的降解途径.
• 这种方法为推进高能量密度和耐用的离子电池技术提供了一个有前途的战略.