Récemment, le Pacific Northwest National Laboratory US PNNL a affiché sur son site officiel un message lourd, selon le rapport PNNL a développé un métal lithium électrolyte de la batterie haute performance, le métal de lithium peut être augmenté de plus de sept fois la vie de la batterie, la représentation PNNL le projet au titre du programme « consortium Battery500 », qui est conçu pour développer plus de trois fois le courant de la batterie au lithium-ion de haute fiabilité, longue durée de vie et une faible batterie lithium métal coût énergie spécifique, de sorte que l'énergie spécifique de la batterie atteint 500Wh / kg Cependant, de nombreux médias nationaux l'ont interprété comme «le PNNL a développé un électrolyte pour augmenter la durée de vie de la batterie de 7 fois» et n'a jamais mentionné la batterie lithium-métal, ce qui est évidemment trompeur pour les lecteurs.
La capacité spécifique théorique de l'électrode de lithium et 3860mAh / g, seulement un -3.04V potentiel (vs électrode normale à hydrogène), est un matériau d'électrode négative idéal, l'électrode négative de lithium métallique, mais il y a un défaut fatal, mais - de dendrites de lithium métallique solution des problèmes de dendrites de lithium et diverses solutions ont été proposées, l'électrolyte est un procédé d'optimisation commun, en ajoutant certains composés contenant du F dans la solution électrolytique, par exemple, (C2H5) 4NF (HF) 4, le carbonate d'éthylène fluoré un autre métal Li peut améliorer de manière significative la stabilité de la surface du film SEI, la forte concentration de sel de Li est également avéré être une méthode très efficace, par exemple, une forte concentration d'électrolyte LiTFSI peut inhiber de manière significative la croissance des dendrites de lithium de batterie Li-S. Bien que les électrolytes à haute concentration soient bénéfiques pour améliorer les performances des anodes métalliques Li, ils ont également des effets négatifs, tels qu'une viscosité accrue de l'électrolyte, une conductivité ionique réduite et des coûts d'électrolytes accrus.
Récemment, le Pacific Northwest National Laboratory US PNNL de Shuru Chen et al proposé une solution diluée partielle est ajoutée à une partie du diluant électrochimiquement stable en forte concentration dans l'électrolyte, le sel d'électrolyte ne se dissout pas Li parmi ces diluants, mais des concentrations élevées de solvant dans la solution électrolytique, mais peuvent être mutuellement soluble avec un diluant, et l'électrolyte est le « dilution » formant une région à haute concentration localisée et la région de faible concentration localement, de manière à conserver des concentrations élevées le cas des excellentes caractéristiques de l'électrolyte, l'électrolyte pour résoudre le problème de la forte concentration. sous la direction de ce concept, Shuru Chen et d'autres électrolytes conçus pour fonctionner dans un métal stable anode 4V Li et systèmes cathodiques, bon L'inhibition de la croissance des Li dendrites négatives, la durée de vie de la batterie Li / NCM111 métal a augmenté de plus de 7 fois, améliorant grandement la praticité des batteries Li métal.
Shuru Chen expérience en utilisant le bis (2,2,2-trifluoroéthyl) éther (BTFE) de 5,5M LiFSI solution d'électrolyte / DMC a été dilué pour obtenir une LiFSI différentes concentrations d'électrolyte partiellement dilué. Le tableau montre la différence de l'électrolyse liquide Li / Cu tableau comparatif rendement faradique de la batterie, peut être vu de l'efficacité figure coulombienne 1,2M LiFSI / solution DMC de l'électrolyte est très faible, seulement environ 9%, si la concentration pour augmenter l'efficacité faradique LiFSI 5,5M, batterie immédiatement elle a augmenté à 99,2%, montrant une forte concentration de la solution de métal de l'électrolyte Li LiFSI pour améliorer la performance de l'électrode négative a un effet significatif lorsqu'il est ajouté à l'électrolyte dans des parties BTFE, même de réduire la concentration de 2,5M et de LiFSI encore 1,2M possible de maintenir un rendement élevé coulombienne (99,5%, respectivement, et peut atteindre 99,2%), ce qui indique que la solution électrolytique a été diluée à inhiber la croissance des dendrites Li locales d'accroître l'efficacité faradique avoir un effet significatif.
électrode d'images SEM après circulation de l'électrolyte sous différents graphe (Fig. A, e est le LiPF6 d'électrolyte classique, b FIG, f est 1.2MLiFSI / DMC, c FIG, g de 5,5M LiFSI / DMC électrolyte figure d , h est 1,2M LiFSI / solution DMC-BTFE), on peut voir sur la figure dans l'électrolyte classique 1,2M LiPF6 dans la solution électrolytique et le métal LiFSI Li présente poreux état lâche, et, avec la branche Li croissance cristalline, mais l'électrode d'électrolyte dilution partielle 1,2M LiFSI / DMC-BTFE nous pouvons observer le principal Li atteint un diamètre d'environ 5 um des particules, sans croissance dendritique Li de la section transversale des électrodes nous différents électrolytes peuvent également voir un effet négatif sur le métal Li, l'épaisseur de l'électrode dans l'électrolyte 1,2M LiFSI / DMC-BTFE est significativement plus faible que l'autre anode métallique dans l'électrolyte Li (la même densité surfacique), ce qui indique que la section locale La dilution de l'électrode négative du métal Li dans l'électrolyte peut former une structure plus dense, réduisant ainsi l'apparition de réactions secondaires et améliorant l'efficacité de Coulomb et la durée de vie du cycle.
Afin de vérifier la stabilité de la solution électrolytique à un circuit haute tension, le métal Shuru Chen Li comme une électrode négative, NMC111 un matériau d'électrode positive (2mAh / cm2, 4,3V) des cellules complètes produites ci-dessous montre une cellule complète en utilisant la solution électrolytique de différents la performance électrochimique de la figure, nous pouvons voir un taux de décharge de charge inférieure de 1C, une batterie d'électrolyte classique a une augmentation rapide de la polarisation, le déclin de la durée de vie chuter rapidement phénomène (100 cycles, le taux de rétention de la capacité était de 40% ). Bien que des concentrations élevées de 5,5 M LiFSI / DMC électrolyte va certainement aider à améliorer l'efficacité Coulomb négative de métal Li, mais sont encore en circulation vu une augmentation continue de la polarisation et de la capacité déclin vers le bas phénomène, les 100 cycles taux de rétention de la capacité finale seulement environ 76%, ce qui peut être dû à des résultats de concentration excessive de sel de Li à une viscosité d'augmentation de l'électrolyte, la conductivité ionique diminue en raison de la mouillabilité médiocre. solution électrolytique a été diluée présente localement une excellente performance de cycle dans la circulation (Circulation 300 fois, le taux de rétention de capacité peut atteindre environ 95%, le taux de rétention de capacité du cycle 700 est> 80%).
Les études du mécanisme sur la solution électrolytique décrite ci-dessus a été trouvée, et la force entre le LiFSI BTFE être nettement plus faible que la force entre le LiFSI et DMC, DMC et donc plus susceptible de se produire LiFSI solvant de réaction, qui est formé dans l'électrolyte des concentrations locales élevées de la région de LiFSI-DMC, afin de garantir que les performances de métal batteries Li. en outre BTFE a été ajoutée après qu'une partie de Li + peut être amélioré la capacité de diffusion, la capacité de réduire la diffusion d'une forte concentration de FSI- LiFSI-DMC, améliorant ainsi la solution électrolytique rendement taux. théorie des orbitales frontières de calcul est affichée sur le DMC FSI- premier décomposé sur la surface de l'électrode négative, ce qui entraîne une teneur plus élevée du film SEI LiF, l'anode de métal Li pour stabiliser l'interface avec l'électrolyte, afin d'améliorer la stabilité du cycle de batteries métalliques Li .
ShuruChen et al à partir d'un point de vue unique, par la méthode de dilution topique, pour conserver la concentration locale élevée de sel de Li dans la région de faible concentration dans l'électrolyte, non seulement les avantages de le faire est de maintenir une concentration élevée de sel de Li dans l'inhibition de la croissance Li dendritique, avantages augmentent l'efficacité coulombienne de cellules métal Li, mais aussi pour éviter la forte concentration d'électrolyte à haute viscosité, une faible conductivité ionique, et l'inconvénient du coût élevé, pour atteindre une stabilité de vélo cellule Li / NMC 700 réalisation majeure pour le développement de plus de 2. La possibilité d'augmenter la gamme de croisière des véhicules électriques avec des batteries au lithium métal est d'une grande importance.
