Recentemente, gli Stati Uniti Pacific Northwest Laboratory Nazionale PNNL pubblicato sul suo sito ufficiale un messaggio pesante, secondo il rapporto PNNL ha sviluppato un metallo di litio elettrolita batteria ad alte prestazioni, metallo di litio può essere aumentata più di sette volte la durata della batteria, la rappresentazione PNNL il progetto sotto 'Battery500 consorzio' programma, che è progettato per sviluppare più di tre volte la corrente della batteria al litio di elevata affidabilità, lunga durata e basso litio costo batteria metallo energia specifica, in modo che l'energia specifica del pacco batteria raggiunge 500Wh / kg sopra. Tuttavia, molti mette media nazionali interpretati come 'PNNL hanno sviluppato un elettrolita, in modo che la durata della batteria è aumentata di sette volte', non ha menzionato la batteria al litio metallico, è chiaro che v'è il sospetto di lettori fuorviante.
La capacità teorica specifica dell'elettrodo litio e 3860mAh / g, soltanto un potenziale -3.04V (vs elettrodo standard a idrogeno), è un ideale materiale di elettrodo negativo, elettrodo negativo litio metallico ma c'è un difetto fatale, ma - per metallo dendrite litio soluzione di problemi di litio dendritiche sono state proposte varie soluzioni, l'elettrolita è un metodo di ottimizzazione comune, con l'aggiunta di alcuni composti F contenente nella soluzione elettrolitica, ad esempio, (C2H5) 4NF (HF) 4, fluorurato etilene carbonato altro metallo Li può migliorare significativamente la stabilità della superficie del film SEI, l'alta concentrazione di Li sale è anche dimostrato di essere un metodo molto efficace, per esempio, una elevata concentrazione di LiTFSI elettrolita può inibire significativamente la crescita dei Li-S dendriti di litio batteria. Sebbene elevata concentrazione dell'elettrolita è favorevole al sollevamento Li metallo prestazioni dell'elettrodo negativo, ma avrà un impatto negativo, ad esempio, un aumento della viscosità soluzione elettrolitica, diminuire la conducibilità ionica, ma anche aumentare il costo della soluzione elettrolitica.
Recentemente, gli Stati Uniti Pacific Northwest Laboratorio Nazionale del PNNL Shuru Chen et al ha proposto una soluzione diluita parziale viene aggiunta ad una porzione del diluente elettrochimicamente stabile in alta concentrazione nel elettrolita, il sale elettrolita non si scioglie Li tra questi diluenti, ma alte concentrazioni di solvente nella soluzione elettrolitica, ma può essere reciprocamente solubile con un diluente, e l'elettrolita è la 'diluizione' formare una regione ad alta concentrazione localizzata e la regione bassa concentrazione locale, così da mantenere elevate concentrazioni il caso delle eccellenti caratteristiche dell'elettrolita, l'elettrolita per risolvere il problema della elevata concentrazione. sotto la guida di questo concetto, Shuru Chen e altri elettroliti progettato per funzionare in un metallo stabile sistemi di anodo e catodo 4V Li, buona inibendo la crescita di un elettrodo negativo di Li dendrite, il ciclo di vita del metallo Li / NCM111 migliorare la batteria 7 volte o più, migliorando notevolmente l'utilità delle batterie metallici Li.
esperimento Shuru Chen utilizzando il bis (2,2,2-trifluoroetil) etere (BTFE) di soluzione elettrolitica 5.5M LiFSI / DMC è stata diluita per ottenere una parziale diluito concentrazioni differenti elettroliti LiFSI. L'immagine mostra la differente elettrolisi liquido Li / Cu tabella comparativa efficienza coulombic della batteria, si può vedere dalla figura efficienza coulombic soluzione elettrolitica 1.2M LiFSI / DMC è molto basso, solo circa il 9%, se la concentrazione per aumentare l'efficienza coulombic LiFSI 5.5M, batteria immediatamente è aumentato al 99,2%, mostrando un'alta concentrazione di metallo soluzione elettrolitica Li LiFSI per migliorare le prestazioni dell'elettrodo negativo ha un effetto significativo quando aggiunto all'elettrolita in porzioni BTFE, anche per ridurre la concentrazione di 2.5M e LiFSI ancora 1.2M possibile mantenere una elevata efficienza di Coulomb (99,5%, rispettivamente, e può raggiungere 99,2%), indicando che la soluzione elettrolitica è stata diluita per inibire la crescita di dendriti Li locali aumentare l'efficienza coulombic avere un effetto significativo.
SEM Quadri dell'elettrodo dopo la circolazione dell'elettrolito sotto grafico differente (FIG. A, e è la LiPF6 elettrolita convenzionale, la figura b, f è 1.2MLiFSI / DMC, figura c, g di 5.5M LiFSI / DMC elettrolita FIG d , h è 1.2M LiFSI / DMC-BTFE soluzione), possiamo vedere dalla figura nel convenzionale elettrolita 1.2M LiPF6 nella soluzione elettrolitica e LiFSI metallo Li presenta sciolto, stato poroso, e con il ramo Li crescita dei cristalli, ma la diluizione parziale elettrodo elettrolita 1.2M LiFSI / DMC-BTFE possiamo osservare la principale Li raggiunge un diametro di circa 5um particelle, senza crescita dendrite Li dalla sezione trasversale degli elettrodi che elettroliti diversi possono anche vedere un effetto negativo sul metallo Li, spessore dell'elettrodo 1.2M LiFSI / DMC-BTFE elettrolita è notevolmente inferiore rispetto ad altri anodo metallico Li nell'elettrolita (la stessa densità areale), indicando che il locale La diluizione dell'elettrodo negativo del metallo Li nell'elettrolita può formare una struttura più densa, riducendo quindi il verificarsi di reazioni collaterali e migliorando l'efficienza di Coulomb e la durata del ciclo.
Al fine di verificare la stabilità della soluzione elettrolitica in un sistema ad alta tensione, Shuru Chen Li metallico come elettrodo negativo, NMC111 un materiale di elettrodo positivo (2mAh / cm2, 4.3V) cellule completi prodotte sotto mostra una cella completa utilizzando la soluzione elettrolitica della diversa Prestazioni elettrochimiche Dalla Fig. A, possiamo vedere che sotto il tasso di carica-scarica 1C, la batteria con elettrolita tradizionale mostra un rapido aumento della polarizzazione, e la vita è in rapido declino (ciclo 100 volte, il tasso di ritenzione della capacità è solo del 40% Gli elettroliti LiFSI / DMC da 5,5 M ad alta resistenza sono utili per migliorare l'efficienza coulombica degli anodi Li metallici, ma l'aumento continuo della polarizzazione e il declino della capacità si verificano ancora nel ciclo e il ciclo finale 100 volte il tasso di ritenzione della capacità. È solo del 76% circa, che può essere dovuto a una concentrazione di sali di Li eccessivamente elevata che porta ad un aumento della viscosità elettrolitica, a una conduttività ionica ridotta e ad una scarsa bagnabilità.L'elettrolito parzialmente diluito mostra prestazioni ciclo eccellenti nel ciclo. (Circolazione 300 volte, il tasso di ritenzione di capacità può raggiungere circa il 95% e il tasso di ritenzione di capacità del ciclo 700 è> 80%).
studi meccanismo sulla soluzione elettrolitica sopra descritto è stato trovato, e la forza tra la LiFSI BTFE essere significativamente più debole rispetto alla forza tra la LiFSI e DMC, DMC e quindi più probabile che si verifichi LiFSI solvente di reazione, che si forma nell'elettrolita elevate concentrazioni locali di regione LiFSI-DMC, per garantire che le prestazioni delle batterie metallici Li. Ulteriori BTFE inserito dopo parte di Li + può essere migliorata capacità di diffusione, la capacità di ridurre la diffusione di una elevata concentrazione di FSI- LiFSI-DMC, migliorando così la soluzione elettrolitica tasso prestazioni. frontiera teoria orbitale di calcolo sarà visualizzato sul DMC FSI- prima decomposta sulla superficie dell'elettrodo negativo, causando un contenuto più elevato del film SEI LiF, Li metallo anodo per stabilizzare l'interfaccia con l'elettrolita, per migliorare la stabilità ciclo di batterie metalliche Li .
ShuruChen et al da una prospettiva unica, con il metodo di diluizione topica, per mantenere l'alta concentrazione locale di Li sale nella regione a bassa concentrazione nell'elettrolita, non solo i vantaggi di questa operazione è di mantenere una elevata concentrazione di Li sale nell'inibire Li crescita dendritica, vantaggi aumentano l'efficienza coulombic di cellule del metallo Li, ma anche per evitare l'alta concentrazione di alta viscosità elettrolita, bassa conducibilità ionica, e lo svantaggio del costo elevato, per ottenere una Li / NMC 700 cellule stabilità ciclismo risultato importante per lo sviluppo di superiore la batteria Li metallo può migliorare il chilometraggio del veicolo elettrico di grande importanza.
