С быстрым развитием электромобилей и мобильных электронных устройств плотность энергии литиево-ионных батарей, которые обеспечивают энергетическую энергию, выше. Плотность энергии литий-ионных батарей, основанная на принципе плагина, близка к ее верхней предельной плотности энергии, и пространство увеличивается. Для сравнения, литиевые металлические батареи с литием в качестве отрицательного электрода имеют непревзойденное преимущество в увеличении плотности энергии. Однако литиевые металлические батареи на основе традиционных жидких электролитов имеют повторное крекинг-образование SEI и генерацию, а отрицательное объемное расширение лития , Рост литий-дендритов, мертвые кристаллы и другие кулоновские характеристики, устойчивость к батареям и безопасность, все из которых ограничивают быстрое развитие высокоэффективных литиевых металлических батарей.
Недавно, опираясь на Институт биоэнергетики и технологической технологии Циндао, команда ученых Китайской академии наук, Института биоэнергетики и технологического процесса Циндао (далее именуемая «Институт хранения энергии Циндао»), чтобы решить вышеупомянутые проблемы узких мест литиево-металлических батарей с полимерами Электролит в качестве основной точки прорыва систематически исследует решения по трем аспектам: (1) защита литиевого аниона большой солью аниона лития, (2) строительство искусственной органической / неорганической композитной интерфейсной пленки (SEI), (3) рассмотрение высокого напряжения Разработка многофункциональных полимерных электролитов, защищенных литиевыми отрицательными электродами, серия инновационных исследований сыграла значительную роль в продвижении разработки высокоэффективных литиевых металлических батарей.
Для решения проблемы литиевых дендритов с точки зрения соли лития исследователи из Института энергохранилища Циндао разработали и синтезировали новый тип перфтор-трет-бутокситрифторбората (LiTFPFB) с большой анионной структурой, которая сохраняет литиевую соль. С одной стороны, основная структура аниона LiBF4 может улучшить его устойчивость к алюминиевому токоприемнику, с другой стороны, наличие большого аниона может образовывать защитную пленку из литиевого отрицательного электрода на месте для улучшения электрохимических характеристик литиевой металлической батареи. Ионная проводимость значительно выше ионной проводимости LiBF4 и обладает хорошей стабильностью для алюминиевого коллектора тока. На литиевом металлическом аноде может быть сформирована защитная пленка для эффективного ингибирования дальнейшей реакции литиевого металла с электролитом, тем самым эффективно защищая литиевый анод. Результаты были опубликованы в «Обложке» в международном журнале Chem. Sci. (Chem. Sci., 2018, 9, 3451-3458).
Ввиду того, что металл лития используется в качестве отрицательного электрода, существует неустойчивость SEI, серьезные побочные реакции, приводящие к низкой кулоновской эффективности, короткому сроку цикла и другим неблагоприятным факторам. С точки зрения модификации интерфейса полимера исследователи разработали искусственную пленку SEI для эффективной защиты металлического литиевого отрицательного электрода. (Фиг.1а) пленка SEI состоит из полицианоакрилата и производного оксида лития, диспергированного в нем (Chem. Mater., 2017, 29, 4682-4689). Было обнаружено, что синергизм органического / неорганического слоя делает Интерфейс протекает быстро при проведении ионов лития, гарантируя, что SEI не легко отсоединяется, а также значительно ингибирует побочные реакции, возникающие в области интерфейса (Chem. Mater., 2016, 28, 3578-3606), тем самым обеспечивая отличные металлические элементы из лития. Устойчивость интерфейса и стабильность длинных циклов (Chem. Mater., 2018, 30, 4039-4047).
Для решения неустойчивости положительного интерфейса твердого электролита (ЦЭИ) в высоковольтном (4,45 В) литий-кобальтатно-литиевой металлической батарее, реакции электрохимического окисления могут возникать на границе раздела с высоким потенциалом, а литиевые отрицательные электроды существуют при высоком токе и большой емкости. Линиевые дендриты и другие проблемы, Циндаоский институт энергохранилища под руководством концепции жесткой и гибкой полимерной электролитической конструкции (Small, 2018. DOI: 10.1002 / smll.201800821, Adv. Sci., 2018, 5, 700503) Поливинилметиловый эфир-малеиновый ангидрид, многофункциональный полимерный электролит, был приготовлен с использованием бактериальной целлюлозы в качестве твердого материала скелетного носителя (Energ. Environ. Sci., 2018, 11: 1197-1203). Экспериментальные результаты показывают, что: полимеризация Электролит может иметь универсальный эффект стабилизации поверхности положительного электрода и защиту литиевого отрицательного электрода, тем самым синергетически улучшая долговременную стабильность 4,4-литровой литий-кобальтовой оксидной / литиевой металлической батареи. В то же время в статье подробно разъясняется поливинилметиловый эфир. - Многофункциональный механизм действия полимерных электролитов малеинового ангидрида (рис.1b). Благодаря серии работ по высоковольтным литиевым кобальто-оксидным / литиевым металлическим батареям исследователям было предложено написать «Регенерирующий оксид лития кобальта» для Chem. Soc. Rev. Литиевые лития Обзор экологических аккумуляторов - в сторону более высокой плотности энергии (Chem. Soc. Rev., 2018, DOI: 10.1039 / C8CS00322J), детализирует ход исследований батарей с высокой энергией литиевых кобальтовых оксидов, проблем, будущих возможностей и направлений развития.
Связанная серия исследований выиграла Национальный фонд естественных наук, выдающийся молодежный научный фонд, Национальную ключевую программу исследований и разработок, Китайский научно-исследовательский проект по научным исследованиям, Фонд естественных наук Шаньдун, Научно-исследовательский объединенный фонд исследований в области технологий хранения энергии в Циндао и 13-й пятилетний проект Института энергетики Циндао. Такое сильное финансирование.
Рисунок 1 (а) искусственно сконструированный анодированный литой металлический анод из органической / неорганической композитной электролитической мембраны (SEI), (б) многофункциональный полимерный электролит из поливинилметилового эфира и малеинового ангидрида