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中国研究人员开发出耐高压电解液 用于超高压锂金属电池

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时间:1900/1/1 0:00:00

据国外媒体报道,中国的研究人员开发出了一种用于超高压锂金属电池的高压高压电解质。据悉,Li | | | Li | | lini 0.8 co 0.1 Mn 0.1 o 2(ncm 811)电池可在-30℃至70℃的宽工作温度范围内工作,在4.7 V和4.8 V的超高截止电压下循环160次和100次后,循环后新电解液的容量保持率分别为95.1%和85.7%。

Li ||| NCM 811电池采用薄(50)锂金属阳极和贫电解质,150次循环后容量保持率为89.2%,在高能量密度电池的实际应用中具有很大潜力。

随着电动汽车、储能和便携式电子产品对高能量密度(≥350 Wh·kg-1)可充电电池的需求日益增加,有必要开发一种新的电化学系统来克服商用锂离子电池(LIBs)的缺点,尽管这极具挑战性。因为能量密度与比容量和工作电势高度相关,所以增加电极容量和/或工作电压是获得具有更高能量密度的可充电电池的最有前途的策略。

至于阳极,金属锂具有超高的比容量(3860 mAh·g-1)和超低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极),是替代商用石墨(372 mAh·g-1)的理想阳极之一。在阴极方面,通过提高截止电压(>:4.5 V),以及开发新材料,如富锂层氧化物和容量提高的材料(>:250 mAh·g-1)可以显著提高能量密度。

然而,与开发新材料相比,提高商用阴极的截止电压更容易,也更有效。因此,高电压锂金属电池(LMB)的发展近年来备受关注。然而,商用碳酸乙烯酯(EC)基电解质在超高压下与阴极和锂金属阳极的相容性差。

例如,随着镍含量的增加,富镍层氧化物(如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811))表现出更严重的结构不稳定性,包括过渡金属溶解、相变和离子混合,特别是在超高压下。在高压下,阴极表面的腐蚀性Ni4+与EC基电解质反应,导致阴极-电解质界面(CEI)不稳定和过度生长,从而导致阴极性能的稳步下降。同时,基于EC的电解质容易在锂金属上还原,形成不均匀、不稳定的固体电解质界面(SEI),导致锂枝晶形成,容量衰减,库仑效率(ce)低。

研究人员的高压电解质由氟代碳酸乙烯酯(FEC)和双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(BTC)混合物中的1 M LiPF6组成,该混合物是通过在商用EC基电解质中进行溶剂氟化而产生的。

与基础电解质(1M LiPF6在EC和碳酸二乙酯(DEC)的混合物中)相比,高压电解质显示出更好的阴极氧化稳定性、与锂金属阳极更好的相容性和在高压LMB中优异的电化学动力学。高压电解液中的溶剂很容易在锂金属阳极上被还原,形成富含LiF的SEI,从而抑制锂枝晶的形成。。

高压电解质不易燃,因此可以确保高温下的稳定性和实际使用中的安全性。

据外媒报道,中国的研究人员开发出了一种用于超高压锂金属电池的高压高压电解液。据悉,Li | | | Li | | lini 0.8 co 0.1 Mn 0.1 o 2(ncm 811)电池可在-30℃至70℃的宽工作温度范围内工作,在4.7 V和4.8 V的超高截止电压下循环160次和100次后,循环后新电解液的容量保持率分别为95.1%和85.7%。

Li ||| NCM 811电池采用薄(50)锂金属阳极和贫电解质,150次循环后容量保持率为89.2%,在高能量密度电池的实际应用中具有很大潜力。

随着电动汽车、储能和便携式电子产品对高能量密度(≥350 Wh·kg-1)可充电电池的需求日益增加,有必要开发一种新的电化学系统来克服商用锂离子电池(LIBs)的缺点,尽管这极具挑战性。因为能量密度与比容量和工作潜力高度相关,所以增加……电极容量和/或工作电压是获得具有更高能量密度的可充电电池的最有希望的策略。

至于阳极,金属锂具有超高的比容量(3860 mAh·g-1)和超低的氧化还原电位(-3.04 V vs标准氢电极),是替代商用石墨(372 mAh·g-1)的理想阳极之一。在阴极方面,通过提高截止电压(>:4.5 V),以及开发新材料,如富锂层氧化物和容量提高的材料(>:250 mAh·g-1)可以显著提高能量密度。

然而,与开发新材料相比,提高商用阴极的截止电压更容易,也更有效。因此,高电压锂金属电池(LMB)的发展近年来备受关注。然而,商用碳酸乙烯酯(EC)基电解质在超高压下与阴极和锂金属阳极的相容性差。

例如,随着镍含量的增加,富镍层氧化物(如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811))表现出更严重的结构不稳定性,包括过渡金属溶解、相变和离子混合,特别是在超高压下。在高压下,阴极表面的腐蚀性Ni4+与EC基电解质反应,导致阴极-电解质界面(CEI)不稳定和过度生长,从而导致阴极性能的稳步下降。同时,基于EC的电解质容易在锂金属上还原,形成不均匀、不稳定的固体电解质界面(SEI),导致锂枝晶形成,容量衰减,库仑效率(ce)低。

研究人员的高压电解质由氟代碳酸乙烯酯(FEC)和双(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(BTC)混合物中的1 M LiPF6组成,该混合物是通过在商用EC基电解质中进行溶剂氟化而产生的。

与基础电解质(1M LiPF6在EC和碳酸二乙酯(DEC)的混合物中)相比,高压电解质显示出更好的阴极氧化稳定性、与锂金属阳极更好的相容性和在高压LMB中优异的电化学动力学。高压电解液中的溶剂很容易在锂金属阳极上被还原,形成富含LiF的SEI,从而抑制锂枝晶的形成。。

高压电解质不易燃,因此可以确保高温下的稳定性和实际使用中的安全性。

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