Vor kurzem auf seiner offiziellen Website der US Pacific Northwest National Laboratory PNNL eine schwere Nachricht geschrieben, nach dem Bericht entwickelt PNNL eine leistungsstarke Batterie-Elektrolyt Lithiummetall kann Lithium-Metall mehr als sieben Mal die Darstellung Lebensdauer der Batterie, PNNL erhöht werden das Projekt unter ‚Battery500 Konsortium‘ -Programm, das mehr als dreimal den Strom der Lithium-Ionen-Batterie mit hohen Zuverlässigkeit, langen Lebensdauer und niedriger Kosten Lithium-Metall-Batterie spezifischer Energie entwickeln ausgebildet ist, so dass die spezifische Energie des Batteriepacks 500Wh / kg erreicht Oben haben jedoch viele einheimische Medien es so interpretiert, dass PNNL einen Elektrolyten entwickelt hat, um die Lebensdauer der Batterie um das 7-fache zu erhöhen, und erwähnte nie die Lithium-Metall-Batterie, was für die Leser offensichtlich irreführend ist.
Die theoretische spezifische Kapazität der Lithiumelektrode und 3860mAh / g, nur ein Potential -3.04V (vs Standard-Wasserstoffelektrode), eine ideales negatives Elektrodenmaterial Lithiummetall der negative Elektrode, aber es ist ein fataler Fehler, aber - für das Metall Lithiumdendriten Um das Problem von Lithiumdendriten zu lösen, wurden verschiedene Lösungen vorgeschlagen: Die Elektrolytenoptimierung ist ein übliches Verfahren, indem dem Elektrolyten einige F-haltige Verbindungen wie (C2H5) 4NF (HF) 4, Fluorethylencarbonat zugesetzt werden. Solche, die die Stabilität von Li-Oberflächen-SEI-Metallschichten signifikant verbessern können, haben sich auch bei hohen Konzentrationen von Li-Salz als sehr effektives Verfahren erwiesen, da hohe Konzentrationen von LiTFSI-Elektrolyten Li-S-Batterie-Lithium-Dendritenwachstum signifikant hemmen können. Obwohl Elektrolyte mit hoher Konzentration zur Verbesserung der Leistung von metallischen Li-Anoden vorteilhaft sind, haben sie auch negative Auswirkungen, wie eine erhöhte Elektrolytviskosität, eine verringerte Ionenleitfähigkeit und erhöhte Elektrolytkosten.
Vor kurzem hat das US Pacific Northwest National Laboratory PNNL des Shuru Chen et al eine teilweise verdünnte Lösung vorgeschlagen, einen Teil des Verdünnungsmittels zugegeben wird, elektrochemisch stabil in hohen Konzentration in dem Elektrolyten, wird das Elektrolytsalz nicht Li auflösen unter diesen Verdünnungsmitteln, aber in der Elektrolytlösung des Lösungsmittels hoher Konzentrationen, sondern kann mit einem Verdünnungsmittel gegenseitig löslich sein, und der Elektrolyt die ‚Verwässerung‘ einen lokalisierte Bereich hohe Konzentration und den niedrigen Konzentrationsbereich lokal, was zu hohen Konzentrationen bildet behalten der Fall der hervorragenden Eigenschaften des Elektrolyten, der Elektrolyt das Problem der hohen Konzentration zu lösen. unter der Leitung des Konzepts, Shuru Chen und andere Elektrolyten entwickelt, in einem stabilen Metall 4V Li Anoden- und Kathodensysteme zu arbeiten, gut Die Hemmung des Wachstums der negativen Li-Dendriten erhöht die Zykluslebensdauer der Metall-Li / NCM111-Batterie um mehr als das 7-fache, was die praktische Verwendbarkeit der metallischen Li-Batterie stark verbessert.
In dem Experiment verdünnte Shuru Chen Bis (2,2,2-trifluorethyl) ether (BTFE) zu 5,5 M LiFSI / DMC-Elektrolyt, um lokal verdünnte Elektrolyte mit unterschiedlichen LiFSI-Konzentrationen zu erhalten. Flüssigkeit Li / Cu Vergleichstabelle Coulomb-Effizienz der Batterie, aus der Figur Coulombschen Wirkungsgrad 1.2M LiFSI / DMC Elektrolytlösung zu sehen ist sehr niedrig, nur etwa 9%, wenn die Konzentration Coulombschen Wirkungsgrad LiFSI 5.5M zu erhöhen, Batterie sofort es erhöhte sich auf 99,2%, was eine hohe Konzentration an Metall Li LiFSI Elektrolytlösung zur Erhöhung der Leistungsfähigkeit der negativen Elektrode hat eine signifikante Wirkung zeigt, wenn in Portionen BTFE dem Elektrolyten zugesetzt, auch um die Konzentration auf 2,5 M und LiFSI zu reduzieren noch 1.2M möglich, eine hohe Coulomb-Effizienz zu erhalten (99,5% bzw. 99,2% und erreichen kann), was darauf hinweist, dass die Elektrolytlösung, die das Wachstum der lokalen Li-Dendriten erhöhen Coulomb-Effizienz eine signifikante Wirkung zu hemmen, wurde verdünnt.
Die folgende Abbildung zeigt die REM-Bilder der Elektroden nach unterschiedlichen Elektrolytzyklen (Abbildung a, e ist der traditionelle LiPF6-Elektrolyt, Abbildung b, f ist 1.2MLiFSI / DMC, Abbildung c, g ist 5.5M LiFSI / DMC-Elektrolyt, Abbildung d H ist 1,2 M LiFSI / DMC-BTFE-Elektrolyt.aus der Figur können wir sehen, dass in dem traditionellen LiPF6-Elektrolyt und 1,2 M LiFSI-Elektrolyt das metallische Li einen losen, porösen Zustand zeigt und von Li Zhi begleitet wird. Kristallwachstum, aber in der Elektrode des teilweise verdünnten Elektrolyten 1.2M LiFSI / DMC-BTFE können wir beobachten, dass hauptsächlich Li-Teilchen mit einem Durchmesser von etwa 5um besteht, gibt es kein Wachstum von Li-Dendriten verschiedene Elektrolyte können auch eine negative Wirkung auf der Metall Li, Elektrodendicke in 1,2M LiFSI / DMC-BTFE Elektrolyten ist deutlich geringer als bei anderem Li-Metallanode in dem Elektrolyten (das gleiche Flächendichte) sehen, was darauf hinweist, dass die lokalen Das Verdünnen der negativen Elektrode des Metalls Li in dem Elektrolyten kann eine dichtere Struktur bilden, wodurch das Auftreten von Nebenreaktionen verringert wird und die Coulomb-Effizienz und Zykluslebensdauer verbessert wird.
Um die Stabilität der Elektrolytlösung bei einem Hochspannungssystem, Shuru Chen Li-Metall als negative Elektrode, NMC111 ein positives Elektrodenmaterial (2mAh / cm2, 4,3 V) Vollzellen unter hergestellt, um sicherzustellen, zeigt eine vollständige Zelle die elektrolytische Lösung verschiedener Verwendung die elektrochemische Leistung von Figur wir eine niedrigere Ladungs-Entladungs-Rate von 1C ist eine herkömmliche Elektrolytbatterie eine schnelle Zunahme der Polarisation aufweist, Lebensdauer rapide Abnahme Phänomen Drop (100 Zyklen sehen können, war die Kapazitätsretentionsrate von 40% ). Während der hohen Konzentrationen von 5,5 M LiFSI / DMC Elektrolyten werden sicherlich das Li-Metall negative Coulomb-Wirkungsgrad, sind aber noch in Umlauf einen weiteren Anstieg in der Polarisation und Kapazität sinkt nach unten helfen die endgültige 100 Zyklen Kapazitätsretentionsrate Phänomene zu verbessern gesehen, Nur etwa 76% können auf eine zu hohe Li-Salzkonzentration zurückzuführen sein, was zu einer erhöhten Elektrolytviskosität, verringerter Ionenleitfähigkeit und schlechter Benetzbarkeit führt.Der teilweise verdünnte Elektrolyt zeigte eine ausgezeichnete Zyklusleistung im Zyklus. (Zirkulation 300 mal, die Kapazitätserhaltungsrate kann ungefähr 95% erreichen, die Kapazitätsbeibehaltungsrate von Zyklus 700 ist> 80%).
Mechanismus Studien über die oben beschriebene Elektrolytlösung gefunden wurden, und die Kraft zwischen der LiFSI BTFE deutlich schwächer als die Kraft zwischen dem LiFSI und DMC, DMC und daher eher LiFSI Reaktionslösungsmittel auftritt, die in dem Elektrolyten gebildet wird, hohe lokale Konzentrationen von LiFSI-DMC Region, um sicherzustellen, dass die Leistung von metallischem Li-Batterien. Weitere BTFE, nachdem ein Teil von Li + hinzugefügt wurde, kann Diffusionskapazität erhöht werden, die Fähigkeit, die Diffusion einer hohen Konzentration von FSI- LiFSI-DMC, wodurch eine Verbesserung der Elektrolytlösung zu reduzieren Ratenleistung. Grenzorbitaltheorie der Berechnung wird auf der DMC FSI- zuerst auf der negativen Elektrodenoberfläche zerlegt dargestellt werden, in einem höheren Gehalt an dem SEI-Film resultierende LiF, Li Metallanode die Grenzfläche mit dem Elektrolyten zu stabilisieren, die Zyklenstabilität von metallischen Li-Batterien zu verbessern, .
ShuruChen et al aus einer einzigartigen Perspektive, durch topische Verdünnungsmethode, die ein hohe lokale Konzentration von Li-Salz im Bereich geringer Konzentration im Elektrolyten zu halten, nicht nur die Vorteile dies zu tun, sind bei der Hemmung des Li Dendritwachstum, eine hohe Konzentration von Li-Salz zu erhalten Vorteile erhöhen Coulomb-Effizienz von Metall Li-Zelle, sondern auch die hohe Konzentration von hochviskoser Elektrolyten, niedrige ionische Leitfähigkeit, und den Nachteil der hohen Kosten zu vermeiden, eine Li / NMC 700 Zellzyklusstabilität große Leistung für die Entwicklung von höheren zu erreichen, als 2. Die Fähigkeit, die Reichweite von Elektrofahrzeugen mit Lithiummetallbatterien zu erhöhen, ist von großer Bedeutung.
