최근, 미국 퍼시픽 노스 웨스트 국립 연구소 PNNL은 PNNL은 고성능 배터리 전해질 리튬 금속을 개발 한 보고서에 따르면, 자사의 공식 웹 사이트 무거운 메시지에 게시, 리튬 금속보다 7 배 배터리 수명, PNNL 표현을 증가시킬 수있다 배터리 팩의 비 에너지가 500Wh / kg에 도달 할 수 있도록, 높은 신뢰성, 긴 수명, 저비용의 리튬 금속 전지의 특정 에너지의 리튬 이온 전지보다 3 배의 전류를 발전하도록 설계 'Battery500 컨소시엄'프로그램에 따라 프로젝트 그러나 많은 국내 언론은 'PNNL이 배터리 수명을 7 배나 늘릴 수있는 전해질을 개발했으며 리튬 금속 배터리에 대해서는 전혀 언급하지 않았다'고 해석했다.
금속 리튬 덴 드라이트 용 - (표준 수소 전극 VS) 리튬 극 및 3860mAh / g, 오직 전위 -3.04V의 이론적 특정 용량은, 이상적인 부극 재료, 리튬 금속 음극이지만 치명적인 결함이 있지만 다양한 해결책들이 제안되어왔다 리튬 덴 드라이트의 문제의 해결책은, 전해질, 예를 들어 전해액의 일부 F 함유 화합물을 첨가하여, 일반적인 최적화 방법이며, (C2H5) 4NF (HF) (4), 플루오르 에틸렌 카보네이트 다른 금속 리튬 크게 SEI 막 표면의 안정성을 향상시킬 수있는 리튬 염의 고농도 또한 매우 효과적인 방법으로, 예를 들면, LiTFSI를 전해질의 높은 농도는 크게 리튬 S 전지, 리튬 덴 드라이트의 성장을 억제 할 수있는 증명된다. 고농도 전해질은 금속 리튬 애노드의 성능을 향상시키는 데 유리하지만 전해질 점도 증가, 이온 전도도 감소 및 전해질 비용 증가와 같은 부정적인 영향을 미친다.
최근 Pacific Northwest National Laboratory의 PNNL의 Shuru Chen은 부분적으로 전기 화학적으로 안정한 희석제를 고농도 전해질에 첨가하는 부분 희석법을 제안했다. 전해질의 Li 염은 용해되지 않을 것이다. 이들 희석제 중 고농도 전해질의 용매는 희석제로 용해 될 수 있으므로 '희석'전해질은 국소 고농도 및 저농도 지역을 형성하여 고농축을 유지합니다. 전해질 특성이 우수 할 경우 고농도 전해질의 문제점을 해결할 수 있으며,이 개념의 지침에 따라 Shuru Chen 등은 금속 Li의 음극과 4V의 양극 시스템에서 안정한 작동 전해질을 설계했습니다. 부정적인 Li 수상 돌기의 성장 억제, 금속 Li / NCM111 배터리의 사이클 수명은 7 배 이상 증가하여 Li 금속 배터리의 실용성을 크게 향상 시켰습니다.
실험에서 Shuru Chen은 5.5M LiFSI / DMC 전해질에 비스 (2,2,2- 트리 플루오로 에틸) 에테르 (BTFE)를 희석하여 LiFSI 농도가 다른 국소 희석 된 전해질을 얻었다. 액체 Li / Cu 배터리의 쿨롱 효율을 비교하면 1.2M LiFSI / DMC 전해질의 쿨롱 효율은 약 9 %에 불과하지만 LiFSI 농도가 5.5M로 증가하면 배터리의 쿨롱 효율은 즉각적으로 99.2 %의 증가로 LiFSI 전해질의 고농도는 금속 Li 음극의 성능 향상에 중요한 영향을 미친다는 것을 알 수있다. BTFE의 일부를 전해질에 첨가하면 LiFSI의 농도도 2.5M 및 1.2M로 감소한다. 높은 쿨롱 효율 (각각 99.5 % 및 99.2 %)을 유지하는 능력은 국소 적으로 희석 된 전해질이 Li 수지상 돌기의 성장을 억제하고 쿨롱 효율을 증가 시키는데 상당한 효과가 있음을 제시한다.
다음 그림은 서로 다른 전해질 사이클 (그림 a, e는 기존 LiPF6 전해질, 그림 b, f는 1.2MLiFSI / DMC, 그림 C, g는 5.5M LiFSI / DMC 전해질 임)의 전극 SEM 이미지를 보여줍니다. 그림 d H는 1.2M LiFSI / DMC-BTFE 전해질이다 그림으로부터 우리는 전통적인 LiPF6 전해질과 1.2M LiFSI 전해질에서 금속 Li가 느슨한 다공성 상태를 나타내고 Li Zhi를 동반한다는 것을 알 수있다. 결정 성장은 부분적으로 희석 된 전해질 1.2M LiFSI / DMC-BTFE의 전극에서 우리는 직경이 약 5um 인 Li 입자를 주성분으로하여 관찰 할 수 있지만 Li 수지상 성장이 없다. Li의 음극에서 다른 전해질의 영향을 볼 수 있습니다. 1.2M LiFSI / DMC-BTFE의 전해질에서 전극의 두께는 다른 전해질에서 Li의 음극보다 작습니다 (면적 밀도는 동일합니다). 전해액에서 금속 Li의 음극을 희석하면보다 밀집된 구조가 형성되어 부반응을 줄이고 쿨롱 효율과 사이클 수명을 향상시킬 수있다.
고전압 시스템에서 위의 전해질의 안정성을 검증하기 위해 Chen Shuru는 금속 Li를 음극으로 사용하고 NMC111 재료를 양극으로 만든 풀 셀 (2mAh / cm2, 4.3V)으로 사용합니다. 다음 그림은 전해질이 다른 전체 배터리를 보여줍니다. 전기 화학 성능 그림 a에서 볼 수 있듯이 1C의 충 방전 속도에서 전통적인 전해질을 사용하는 배터리의 경우 극성이 급격히 증가하고 수명은 급격하게 감소합니다 (100 사이클, 용량 유지율은 40 %에 불과합니다). 고강도 5.5M LiFSI / DMC 전해질은 금속 리튬 애노드의 쿨롱 효율을 향상 시키는데 도움이되지만 사이클의 연속 양극화 증가 및 용량 감소가 있으며 최종 사이클은 100 배 용량 유지율입니다. 전해질의 증가 된 점도의 과도한 리튬 염 농도 결과에 기인 할 수있다 약 76 %는, 이온 전도성이 불량한 습윤성으로 인해 감소한다. 로컬 희석 전해액 순환 우수한 사이클 특성을 나타내고 (순환 300 회, 용량 유지율은 약 95 %에 도달 할 수 있고, 사이클 700의 용량 유지율은> 80 %).
상기 전해액에 대한 메커니즘 연구 발견하고, LiFSI BTFE의 힘은 LiFSI와 DMC, DMC 전해질 형성되어 LiFSI 반응 용매를 발생하기 때문에 더 가능성 사이의 힘보다 상당히 약해질 LiFSI-DMC 영역의 높은 지방 농도, 금속 리튬 전지의 성능이. 리 +의 일부 후에 첨가 또한 BTFE 확산 용량 FSI- LiFSI-DMC 고농도의 확산을 감소시키는 능력, 이에 전해질 용액을 향상을 향상시킬 수 있도록 계산 속도 성능. 프런티어 궤도 이론은, 전해질과의 계면을 안정화 금속 리튬 전지의 사이클 안정성을 향상시키기 위해 SEI 막은 LiF를, 리튬 금속 양극의 높은 함량의 결과, 먼저 음극 표면 상에 분해 DMC의 FSI-에 표시 될 .
ShuruChen 등 고유 한 관점에서, 국소 희석법에 의해, 전해질의 저농도 영역에서의 리튬 염의 높은 국소 농도를 유지하도록, 그렇게하는뿐만 아니라 장점 리튬 덴 드라이트 성장을 억제에 리튬 염의 높은 농도를 유지하는 것이다 이점은 금속 리튬 전지의 쿨롱 효율을 높일뿐만 아니라, 높은 발전보다하는 리튬 / NMC 700 세포 사이클 안정성 중요한 업적을 달성하기 위해, 고점도 전해질의 높은 농도, 낮은 이온 전도성 및 높은 비용의 불이익을 피할 리튬 금속 전지는 큰 의미의 전기 자동차의 주행 거리를 향상시킬 수 있습니다.
