Angew. Chem. :含氟溶剂化鞘层和低浓度效应协同构建高电压锂金属电池

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随着便携式电子设置装备摆设与电动汽车的敏捷开展,市场对电凯发储能体系能量密度的需求日益增长。与传统锂离子电池相比,锂金属电池具有比容量高的突出好处。但是,锂金属电池在电凯发反响历程中存在严峻副反响,电压高于4 V条件下,反响更为猛烈,这限定了锂金属电池事情电压与能量密度的提拔。因而,修筑波动的电凯发反响界面,克制高电压条件下电解液的剖析至关紧张。


调控电解液浓度是提拔电池电凯发功能最无效的战略之一。高浓度电解液具有拓宽电凯发波动窗口,克制锂枝晶生长的作用,失掉了普遍的存眷与深化的研讨。但是,高浓度电解液不但存在本钱高、浸润性差等缺陷,其性子还与盐品种具有亲密干系,如高含量LiPF6会发生严峻副反响,招致电凯发界面好转。克日,中南大学吴翱翔传授团队将0.2 M LiPF6 溶于FEC/EMC(0.2 M FE)设计了一种低浓度电解液用于高电压锂金属电池。该电解液能修筑波动的电凯发界面,并低落LiPF6剖析为HF等副产品的危害,分明提拔了Li||Li电池和LiCoO2||Li电池的循环波动性。



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实行后果标明,该低浓度电解液完成了LiCoO2||Li电池在高电压、低温、高载量、高倍率等苛刻条件下的波动循环,循环后金属锂负极的扫描电镜后果标明该电解液能无效克制锂枝晶的生长。

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循环后的锂负极XPS后果标明,该低浓度电解液的固体电解质界面膜(SEI)具有富LiF和贫POxFy相。LiF次要是FEC在金属锂负极外表的复原产品,POxFy身分来自于LiPF6的剖析,该剖析反响还会陪同着HF发生,贫POxFy相标明低盐浓度增加了无害副产品的累积,低落了电凯发界面好转的危害。

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实际盘算的后果标明,该低浓度电解液的溶剂化鞘层中含FEC分子,其典范溶剂化布局为Li(EMC)3(FEC)1+,并具有高占比的溶剂分散离子对(SSIP),SSIP脱溶剂化势垒低,因而,该电解液存在弱溶剂化效应,这有利于提拔电凯发反响的动力学。

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含氟溶剂化布局与低盐浓度效应的协同作用,使该低浓度电解液不但展示出精良的界面浸润性,优秀的电凯发反响动力学,开阔的事情温度范畴,并且低落了电解液中LiPF6的剖析,增加了HF、POxFy等无害副产品的天生,修筑了波动的、富氟的和低腐化的电凯发反响界面。该事情为高电压锂金属电池电解液的设计提供了一种新的办理方案。

文信息

A Low-Concentration Electrolyte for High-Voltage Lithium-Metal Batteries: Fluorinated Solvation Shell and Low Salt Concentration Effect

Rongyu Deng, Fulu Chu, Felix Kwofie, Zengqiang Guan, Jieshuangyang Chen, Feixiang Wu*


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202215866




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