香港中特网一尾中特|官方网一尾中特平|
扫一扫 加微信
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
首页 > 科研探索 > 科学研究 > 消息正文
Nature Energy:氟化原甲酸酯电解液助力SEI一体化减少锂金属负极的粉化和损耗
发布:lee_9124   时间:2019/10/5 15:50:50   阅读:155 
分享到新浪微博 分享到腾讯微博 分享到人人网 分享到 Google Reader 分享到百度搜藏分享到Twitter
【引言】

近年来,对于高能量密度电池的不断追求使得锂(Li)金属负极(LMA)再次成为了研究热点。然而,由于LMA稳定性面临着许多问题限制了其大规模应用。锂金属与电解液的连续副反应会使得锂金属和电解液被损耗,进一步影响电池的库伦效率和循环寿命。即使在具有高库仑效率和无枝晶的情况下,LMA的粉末化及其在长期循环后的体积膨胀仍然带来很大的安全性问题。由于Li的成核和生长主要取决于电解质的化学性质,因此开发具有良好稳定性的电解液(在LMA上形成均匀,坚固的SEI)对于LMB的进一步开发是至关重要的。同样,电解液对正极的稳定性也很重要。例如一些对LMA表现出优异稳定性的电解液在高压正极(NCM811)体系可能不稳定。因此,理想的电解液需要同时在正负极上形成稳定的电极界面。

近年来,提出了通过高?#38395;?#24230;电解质(HCE)以减少游离溶剂分子的数量和改变Li+溶剂化结构来稳定高压正极和LMA。虽然这些方法大大提高了LMA的稳定性并延长了锂金属电池(LMBs)的循环寿命,但是在长期循环后仍然观察到LMA的厚度增加和电极粉化。

【成果简介】

近日,美国西北太平洋国家实验室(PNNL)的曹霞博士(第一作者),张继光博士和许武博士(共同通讯作者)提出了一类用于减少锂金属负极损耗和粉化的氟化原甲酸酯类电解液。作者以TFEO为例,研究了其对电池正负极的稳定性和循环性能的影响。TFEO的沸点为145°C,这使得电池可以在高温下应用。TFEO不含任何与锂金属产生副反应的基团, 提高了其对锂金属的稳定性。与其他典型溶?#26009;?#27604;,它具有非常低的HOMO能量值,该特性大大提高了其高压稳定性。同时,其低粘度特性使其成为优异的电解质助溶剂。基于TFEO的电解液的显著优点是可以形成非常均匀,一体化的SEI,这能够大大减少LMA在长循环期间的损耗和粉化。此外在高压正极一侧,这种电解液可以抑制正极结构的相变。相关研究成果以“Monolithic solid–electrolyte interphases formed in fluorinated orthoformate-based electrolytes minimize Li depletion and pulverization”为题发表在近期的Nature Energy上。

【图文?#32423;痢?br />
图一. 锂负极上的SEI表征
 
 
 (a-c)不同尺度下TEM网格上的Cryo-EM图像。

(d)在1M LiFSI/DME-TFEO(摩尔比1.2:3)电解液中沉积的Li上观察到的单层SEI结构的示意图。

图二. 不同电解液中的电化学性能。
 

 
(a)电化学稳定窗口
(b)库伦效率
(c)在Li-Li对称电池测试的电压时间曲线。
(d)Li || NMC811电池的循环性能对比
(e,f)Li || NMC811电池的倍率性能对比

图三. Li || NMC811电池在100个循环后的Li损耗和体积膨胀
 

 
(a-c) Li-金属电极在三种电解液中的横截面SEM图像
(d)在1M LiFSI/DME-TFEO中100个循环后Li损失量。
(e)Li || NMC811电池100次循环后Li损失和相应厚度(体积)膨胀的示意图

图四.100次循环之后的Li表面的XPS测试
 

 
(a-c)在三种电解液中循环100次后的Li负极SEI的C 1s谱
(d)P 2p谱
(e,f)S 2p谱
(g-i)100次循环后Li负极表面SEI在不同溅射深度的元素含量

图五. NMC811正极在三种电解液中循环之后的表征
 

 
(a-c)在三种电解液中循环后的正极CEI在不同溅射深度的元素含量
(d-i)高角环形暗场(HAADF)和环形亮场(ABF)扫描透射显微镜的照片
(j-k)100次循环后正极表面CEI的Mn和 Ni含量
(l-m)100次循环后Li负极表面SEI的Mn和 Ni含量

【小结】

作者提出了一类用于LMB电解液的氟化原甲酸酯溶剂。基于TFEO的电解液可以在LMA上形成高度均匀的无定形和一体化SEI层,而不是先前报道的镶嵌或多层型SEI结构。该SEI层富含无机物质,可以抑制锂枝晶的生长且具有很高的库伦效率。通过与在NMC811正极形成的CEI一起协同作用,该电解液显著提高了Li || NMC811电池的长循环稳定性并减少了LMA的粉化,这是LMBs实际应用的主要障碍之一。此外,Li || NMC811电池还具有优异的倍率性能,可以在4C(~6 mA cm-2)的倍率进行充放电。以上这些结果表明,氟化原甲酸酯是一类非常有前景的高电压锂金属电池电解液。
 

来源:材料人网
 
相关信息
   标题 相关频次
  北大在锂电池材料界面梯度重?#22266;?#21319;性能方面取得重要进展
 1
  日本大学制成新型复合薄膜电极 有望实现容量更高的锂离子电池
 1
 #高分子周报#科学家首次合成角形高性能聚酰?#21069;?#26448;料
 1
 “进化”锂电池的新一代负极材料
 1
 “锂枝晶”说?#32791;?#30495;懂我吗?
 1
 “双重性格?#21271;?#25252;膜 让锂电池不被刺穿
 1
 94岁高龄“锂电之父”再出山:发明新“全固态电芯”
 1
 Angew. Chem.:阻燃溶剂磷酸三乙酯?#32435;?#37329;属锌沉积溶出的可逆性
 1
 AZ31镁合金在不同电解液中的电化学行为
 1
 Chem展望专栏:冷冻电镜“看”电池——“不识界面真面目,只缘温度还不够”
 1
 不同电解液体系中高纯镁表面微弧氧化膜的组织与性能
 1
 充满电只需几分钟!新材料将助力造出更高功率电池
 1
 储存容量提升 荷兰开发锂电池能量储存?#38469;?/a>
 1
 丰田研发新型纳米硫阴极材料 提升锂电池充放电效率
 1
 高能量密度纳米固态金属锂电池研发获系列进展
 1
 固态电池获得革命性突破!电动车可跑800公里
 1
 国产载人潜水器“深海?#29575;俊?#22810;厉害?这些数字告诉你
 1
 简单包覆改性LiMn2O4正极材料在高温下的电化学性能
 1
 科学家采用硒化铜纳米团簇设计新一代锂电池
 1
 可作为新型锂电池阳极的笼型硅的研究
 1
 离?#30001;追?#27979;定丁二酸合成电解液?#26032;?#26469;酸和丁二酸
 1
 锂电池负极结构用木材制作更安全
 1
 锂电池各种负极材料性能、优缺点及改进特性分析
 1
 锂电池检测系?#25215;?#19994;?#38469;?#29305;点及发展趋势
 1
 锂电池是剧毒危险品?专家:不可怕且挺耐用
 1
 锂电池新进展——可自我愈合的锂金属阳极!
 1
 锂电池新设计或减少对稀有金属依赖
 1
 锂离子电池结构变化大揭秘
 1
 沥青锂金属电池在五分钟内完全充满电 并且没有燃烧爆炸危险
 1
 廉价的新合金可能会使锂电池的储存量增加一倍
 1
 ?#26469;?#23398;研发“冷?#22330;?#38146;电池 寿命延长安全升级
 1
 ?#26469;?#23398;研发新型锂离子电池:可防止意外爆炸
 1
 青?#32791;茉此?#24320;发出新型高热稳定性锂盐用于下一代高能锂电池领域
 1
 青海省锂电池正极材料首次走出国门
 1
 球磨和添加碳对SnCo0.9Y0.1合金显微结构和电性能的影响
 1
 全固态锂电池新型负极材料——“穿?#36164;?#22696;烯分子”
 1
 全面?#32423;?2016年中国锂电池市场四大数据
 1
 柔性可折叠的“纸电池?#20445;?#25171;破4项世界纪录 容量为锂电池10倍
 1
 深研院新材料学院2D材料成果被列入“2015年度二次电池领域20大重磅?#24405;?/a>
 1
 填补实验空白:首次用原位XRD监测到石墨中Li浓度梯度变化
 1
 微波消解样品-在线稀释进样-原?#28216;展餛追?#27979;定锂电池中锂
 1
 我国固态锂电池完成万米海试
 1
 我国纳米核心?#38469;?#21462;得重大突破
 1
 新材料让钠离子电池寿命可媲美锂电池
 1
 新型电池薄如纸可弯曲
 1
 学术干货|锂电池干货系列之锂氧电池关键?#38469;?/a>
 1
 压力作用可以提高材料离子电导率
 1
 欲抢石墨饭碗 美科学家用蘑菇做锂电池
 1
 原位凝胶化升级传统液体电解质用于金属锂电池
 1
 中科大发现硒硫固溶体——新型锂硫电池正极材料
 1
一周新闻 Top 10
新品发布
专题报道
香港中特网一尾中特
pc蛋蛋彩票app下载 极速11稳赚不赔挂机模式 彩宝贝网站 龙虎的规律 韩国花牌电影 横财富心高手论坛 世界杯足彩稳赚 稳赚不赔超级梦计划 最稳全天计划 pk拾稳赚技巧