溶剂化能调控实现低浓度锂电池电解液

摘要：

电解液作为锂离子电池中不可或缺但长期被忽视的组成部分,在新型电极材料的应用和储能系统的设计中起着至关重要的作用.1M电解液由于其良好的离子导电性、电化学稳定性以及成本,被广泛应用于锂离子电池中.然而,更高的能量密度需要比容量更高的活性材料、合金型或锂金属负极、甚至无负极型电池,而1M的电解液很难支持其长期稳定循环.其主要原因在于电极/电解液界面稳定性较差,通常需要固态正/负极电解质界面(CEI/SEI)来稳定.CEI/SEI成分与电解液中Li+的溶剂化状态(溶剂分离离子对(SSIP)、接触离子对(CIP)和团聚体(AGG))紧密相关,而Li+溶剂化/去溶剂化过程中的能量变化是其中的决定性因素[1].大量研究表明,在SSIP占比较高的电解液中,通常是溶剂首先分解形成富含有机物、导通性较差的CEI/SEI.CIP或AGG比例较高的电解液,如(局部)超浓电解液,或添加了LiNO3、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等特殊添加剂的电解液,有利于形成富含无机物的SEI/
CEI,从而提高电池循环稳定性.然而,相应的Li+去溶剂化能(Ed)很少被讨论.2019年,Amine团队[2]定义了溶剂化能的概念,定量描述了典型溶剂的相对Li+溶剂化能力;Zhang团队[3]进一步发现,低溶剂化能的溶剂有助于降低Li+的Ed,从而为低浓度电解液(LCEs)设计带来新的机会.在这些工作的启发下,我们以FEC和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙醚(D2)为溶剂,0.2 mol L-1 LiPF6和0.05 mol L-1二氟(草酸)硼酸锂(LiD-FOB)为盐,制备了LCE.通过实验和模拟对Li+的溶剂化结构进行了解析.结果表明,Li+与FEC的相互作用较弱,Li+更容易从溶剂化层中脱出.此外,FEC衍生的SEI/CEI更稳定,在充放电过程中消耗的电解液更少.研究成果发表于Science Bulle-tin[4].

机标关键词：电池电解液、锂电池、低浓度、溶剂化能

所属期刊栏目：67

分类号：TM912.9;O646.1;TQ225.52

在线出版日期：2023-01-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共4页

页码：3885-3888