碳酸盐电解质通常用于商用非水锂离子电池。然而,溶剂和离子之间的高亲和力以及碳酸盐电解质的高可燃性限制了电池工作温度窗口为20至+50℃,电压窗口为0至4伏
这里,作者通过将氟化电解质溶解在高度氟化的非极性溶剂中,降低了溶剂和锂离子之间的亲和力除了其不可燃的特性之外,该电解质可以在0.0至5.6 V的宽电压窗口中实现高电化学稳定性,并在125至+70℃的宽温度范围内实现高离子电导率实验表明,在95℃和+70℃之间,锂镍0.8Co 0.15铝0.05O2正极电池的库仑效率超过99.9%即使在85°C时,电池的容量仍然是50%
文本简介电解质的设计策略和性能为了获得宽的工作温度范围,作者将全氟化电解质溶解在高度氟化的非极性溶剂中,形成如图A所示的电解质,以降低溶剂和锂离子之间的亲和力全氟化电解质的溶剂化结构保留在电解质中,因为非极性溶剂和锂离子之间的相互作用比锂离子和氟化碳酸盐之间的相互作用弱得多,如图b所示非极性溶剂打破了高极性分子之间的强相互作用,拓宽了液相范围,增加了迁移数因此,该电解质保持了全氟化电解质的电化学性能,但具有显著增强的物理性质。此外,高度氟化的非极性溶剂本身具有非常高的电化学和化学稳定性(图c),进一步增强了安全性和电化学电势窗口电解质中溶剂化结构的变化也有望改善电化学过程,包括质量转移和电荷转移(图d)超电解质的物理性质和模拟结构作者用经典分子动力学(CMD)模拟了1.28微米LiFSI-FEC/FEMC-D2和0.7微米LiBETI-FEC/DEC-M3电解质的结构(图C,D)在低温下,1.28微米锂铁硅-FEC/FEMC-D2和0.7微米锂铁硅-FEC/DEC-M3电解质的高离子电导率归因于极低的熔点(图B)实验表明,1M锂-6-聚碳酸酯/碳酸二甲酯电解质在约15℃时开始冻结由于FEC和FEMC的高冰点,4.2M LiFSI-FEC/FEMC电解质在较高温度(~ 0 C)下显示出相变。如图a所示,两种电解质的高冰点与其电导率突然下降到15℃以下是一致的不同电解质中锂离子的溶剂化/脱溶能及界面分析作者计算了常规碳酸盐电解质和分离电解质的锂+溶剂化/脱溶能,并在图a中进行了比较如图b所示,lif极低的电子传导率显著降低了富LiF的SEI的厚度,如在短溅射时间LiF SEI内存在锂金属所证明的然而,锂金属信号直到在1M锂六氟化锂-二氯甲烷/二氯甲烷电解质中形成的SEI溅射后20分钟才出现(图c)因此,在1.28微米锂铁硅-FEC/FEMC-D2电解液中,锂上形成薄且共形的富锂铁硅电解质,而在锂铁硅-电子碳/碳酸二甲酯电解液中,锂上形成厚的富有机铁硅电解质,如图D和e所示NCA | |锂电池在不同温度下使用不同电解液的电化学性能图a-e显示了在面积容量约为1.2 mAh cm2的不同电解液中,| |锂电池的电化学性能在室温(25℃)下,| |锂电池在1M锂铅酸蓄电池组和1.28M锂铅酸蓄电池组中的放电容量约为172 mahg1但是,当温度降至42°C时,| |锂蓄电池在1.28毫安时的锂-硅-FEC/FEMC-D2电解液中仍能提供160毫安时的高容量g-1,而1M锂-氟-碳/二氯甲烷电解液蓄电池只能提供13.3毫安时的容量g-1
的总结与展望。总之,作者通过将含氟碳酸盐电解质溶解在高度氟化的非极性溶剂中,开发了一种超级电解质。在室温下,电解液使电池获得高库仑效率。使用85℃电解液的电池可提供56%的室温容量,并在60℃时保持高循环稳定性同时,高度氟化的非极性溶剂使电解液不可燃,大大提高了电池的安全性。因此,这种电解质为设计宽温度范围的锂电池开辟了新的途径。文献非极性溶液氟化电解质实现的全温度电池(自然能源,2019,DOI:10.1038/S 41560-019-0474-3)
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