В последнее время PNNL Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории Соединенных Штатов выпустила тяжелое сообщение на своем официальном сайте. Согласно сообщениям, PNNL разработала высокоэффективный литий-металлический аккумуляторный электролит, который может увеличить срок службы литиевых металлических батарей более чем в семь раз. Проект является частью программы консорциума «Battery 500», целью которой является разработка высоконадежной, долговечной и недорогой литиевой металлической батареи с удельной энергией, которая более чем в три раза больше, чем у литиево-ионных батарей, позволяя удельной энергии аккумуляторной батареи достигать 500 Вт / кг. Однако многие отечественные СМИ интерпретировали это как «PNNL разработал электролит для увеличения срока службы батареи в 7 раз» и никогда не упоминал литиевую металлическую батарею. Очевидно, это вводит в заблуждение читателей.
Теоретическая удельная емкость металлического литиевого электрода достигает 3860 мАч / г, а потенциал составляет всего 3,4 В (по сравнению с стандартным водородным электродом). Это очень идеальный материал отрицательного электрода, но металлический литиевый отрицательный электрод имеет фатальные дефектно-металлические литиевые дендриты. Для решения проблемы литиевых дендритов люди предлагали различные решения. Оптимизация электролита является обычным методом, добавляя к электролиту некоторые F-содержащие соединения, такие как (C2H5) 4NF (HF) 4, фторэтиленкарбонат. Такие, которые могут значительно улучшить стабильность металлической поверхности Li SEI-пленки, высокие концентрации соли Li также оказались очень эффективным методом, таким как высокие концентрации электролита LiTFSI, могут значительно ингибировать рост литий-дендрита Li-S батареи. Хотя высококонцентрированные электролиты полезны для улучшения характеристик металлических анодов Li, они также имеют отрицательные эффекты, такие как повышенная вязкость электролита, уменьшенная ионная проводимость и повышенные затраты на электролит.
Недавно Шуру Чен и др. Из PNNL Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории предложили раствор для частичного разбавления, то есть добавление частично электрохимически стабильного разбавителя в высококонцентрированный электролит. Соль лития в электролите не растворяется. Среди этих разбавителей растворитель в высококонцентрированном электролите может быть растворен в разбавителе, поэтому электролит «разбавления» образует локальную область с высокой концентрацией и локальную область с низкой концентрацией, тем самым сохраняя высокую концентрацию. В случае отличных свойств электролита он решает проблему высококонцентрированного электролита. В соответствии с этой концепцией Шуру Чен и др. Разработали стабильный рабочий электролит в отрицательном электроде металла Li и системе положительных электродов 4V. Торможение роста отрицательных Li-дендритов, срок службы батареи Li / NCM111 металла увеличивается более чем в 7 раз, а практичность металлической Li-батареи значительно улучшается.
В эксперименте Шуру Чен разбавлял бис (2,2,2-трифторэтил) эфир (BTFE) до 5,5 М LiFSI / DMC-электролита для получения локальных разбавленных электролитов с различными концентрациями LiFSI. Сравнение кулоновской эффективности жидкой батареи Li / Cu показывает, что кулоновская эффективность 1,2 М LiFSI / DMC электролита очень низкая, всего около 9%. Если концентрация LiFSI увеличивается до 5,5 Мл, кулоновская эффективность батареи сразу С увеличением до 99,2% можно видеть, что высокая концентрация электролита LiFSI оказывает значительное влияние на улучшение характеристик металлического отрицательного электрода Li.Когда часть BTFE добавляется к электролиту, даже концентрация LiFSI снижается до 2,5 М и 1,2 М. Способность поддерживать высокую кулоновскую эффективность (99,5% и 99,2%, соответственно) позволяет предположить, что локально разбавленные электролиты оказывают значительное влияние на ингибирование роста Li-дендритов и повышение кулоновской эффективности.
На следующем рисунке показаны SEM-изображения электродов после различных циклов электролита (рис. A, e - традиционный LiPF6-электролит, фиг. B, f - 1,2MLiFSI / DMC; фиг. C, g представляет собой электролит LiFSI / DMC 5,5 М, фиг. D H представляет собой 1,2 М LiFSI / DMC-BTFE электролит. Из рисунка видно, что в традиционном электролите LiPF6 и 1,2M LiFSI электролите металлический Li имеет свободное, пористое состояние и сопровождается Li Zhi. Кристаллический рост, но в электроде частично разбавленного электролита 1.2M LiFSI / DMC-BTFE мы можем наблюдать, что в основном состоят из Li-частиц диаметром около 5 мкм, нет роста Li-дендритов. Поперечное сечение от этих электродов we Влияние различных электролитов на отрицательный электрод Li также можно увидеть. Толщина электрода в электролите 1,2M LiFSI / DMC-BTFE значительно ниже толщины отрицательного электрода Li в других электролитах (плотная плотность одинаковая). Разбавление отрицательного электрода металла Li в электролите может образовывать более плотную структуру, тем самым уменьшая возникновение побочных реакций и улучшая кулоновскую эффективность и срок службы.
Чтобы проверить стабильность вышеуказанного электролита в системе высокого напряжения, Шуру Чен использует металл Li в качестве отрицательного электрода и материал NMC111 в качестве полной батареи из положительного электрода (2 мАч / см2, 4,3 В). На следующем рисунке показана полная батарея с различными электролитами. Электрохимические характеристики. Из рисунка а видно, что при скорости заряда разряда 1С батарея с традиционным электролитом демонстрирует быстрое увеличение поляризации, а жизнь быстро снижается (цикл 100 раз, скорость удерживания мощности составляет всего 40% Высокопрочные электролиты LiFSI / DMC 5.5M полезны для улучшения кулоновской эффективности металлических Li-анодов, но непрерывное увеличение поляризации и снижение емкости все еще происходят в цикле, а конечный цикл - 100-кратный коэффициент удерживания емкости. Это всего лишь около 76%, что может быть связано с чрезмерно высокой концентрацией соли лития, что приводит к повышенной вязкости электролита, снижению ионной проводимости и плохой смачиваемости. Частично разбавленный электролит показал отличные характеристики цикла в цикле. (Циркуляция 300 раз, скорость удержания мощности может достигать около 95%, скорость удержания мощности цикла 700 составляет> 80%).
Механизм исследования по описанному выше раствору электролита был найден, и сила между LiFSI BTFE быть значительно слабее, чем сила между LiFSI и DMC, DMC и, следовательно, более вероятно, произойдет LiFSI реакционный растворитель, который образуется в электролите высокие локальные концентрации LiFSI-DMC региона, чтобы гарантировать, что производительность металлических батарей Li. был добавлен после того, как часть Li + Далее BTFE может быть повышена способность диффузии, способностью снижать диффузию высокой концентрации FSI- LiFSI-DMC, тем самым улучшая электролитический раствор скорость производительности. граница орбитали теория расчета будет отображаться на DMC FSI- первым разложенного на поверхности отрицательного электрода, что приводит к более высокому содержанию пленки SEI LiF, Li металлического анода, чтобы стабилизировать интерфейс с электролитом, чтобы повысить стабильность цикла металлических батарей Li ,
ShuruChen др с уникальной точки зрения, путем местного методом разбавления, чтобы сохранить высокую локальную концентрацию Li соли в области низкой концентрации в электролите, а не только выгоды от этого заключается в поддержании высокой концентрации Li соли в ингибировании роста дендритов Li, преимущества увеличение кулоновской эффективности металла Li клетки, но также, чтобы избежать высокой концентрации высокой вязкости электролита, низкую ионную проводимости, а также недостаток высокой стоимости, чтобы достичь Li / NMC 700 клеток стабильности езды на велосипеде крупного достижения для развития выше, чем 2. Большое значение имеет способность увеличивать дальность круиза электромобилей с литиевыми металлическими батареями.
