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ob体育竞猜氢能与电化学材料团队在国际权威期刊发表高倍率快充电解液最新研究成果

发布时间:2024-06-20   文章来源:材料学院   浏览:次

近日,ob体育竞猜材料科学与工程学院氢能与电化学材料团队在材料领域顶级期刊《Advanced Functional Materials》(影响因子19.0)发表高倍率快充电解液最新研究成果。ob体育竞猜为论文唯一完成单位,材料科学与工程学院硕士研究生杨涛为第一作者,姜智鹏副教授和李永涛教授为通讯作者。研究工作得到国家自然科学基金、安徽省自然科学基金、安徽省高校优秀科研创新团队、安徽省高校杰青等项目的支持。

高能量密度锂金属电池被视为下一代二次电池体系的有力竞争者,但其实际应用受到低循环寿命和安全性问题的严重制约。在电解液中引入大量氟化溶剂可以增强锂金属电池的循环稳定性并降低电解液的可燃性,近年来氟化电解液得到了广泛的研究。然而,氟化溶剂通常具有较低的溶剂化能力,从而导致电解液具有较差的电导率。因此,氟化电解液的广泛使用往往牺牲了锂金属电池的倍率性能,使其无法在高倍率条件下运行。

(不同电解液的作用机制及阻燃图片)

团队设计了一种安全的醚类电解液(SEE),以1,2-二甲氧基乙烷(DME)为主要溶剂,以保证锂离子的快速传输,并添加自熄添加剂乙氧基(五氟)环三磷腈(PFPN),赋予电解液不燃性。SEE结合了传统电解液高电导率和氟化电解液安全性的优点,并且与锂金属负极表现出良好的兼容性。

(电解液的理化性质及溶剂化结构解析)

理化性质测试表明,SEE具有良好的高压稳定性,并且相较于传统的氟化电解液表现出更高的电导率。拉曼光谱和分子动力学计算研究表明,DME起到解离锂盐的作用主要分布在第一溶剂化鞘层,起到传输锂离子的功能。而PFPN起到稀释剂的作用分布于外溶剂化层,这些游离的PFPN赋予了SEE不燃的特性。

(锂负极性能及界面形貌分析)

锂负极测试表明,SEE相较于传统电解液和氟化电解液表现出更优的锂负极兼容性,相应的SEM图显示锂在SEE中显示出最致密的沉积形貌,进一步对锂负极的界面成分分析可知,金属锂能在SEE中形成富含B/N/F的界面保护层,能够抑制电解液的副反应并提供快速的锂离子传输通道。

(SEE的电化学性能测试)

电化学测试表明,使用SEE组装的Li-NCM811电池在高达30 C的倍率下可以放电超过110 mAh g-1的比容量,并且在10 C的倍率下经过300次循环后仍能保持初始容量的90%。此外,用SEE组装的实用化Li-NCM811全电池在3 C的高倍率下也能实现稳定的循环。研究成果为快充锂金属电池的开发提供了一种可靠的电解液解决方案。

论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202404945

(撰稿:姜智鹏 顾京宇 审核:李永涛 张苒 黄敏)

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