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陈伟&谷猛&吴刚EES:固态电解质实现LMBs长循环寿命!
来源: 时间:2023-08-07 10:39:30 浏览:1754次


第一作者:Jinlin Yang、Menghao Li和Zejun Sun

通讯作者:吴刚研究员、谷猛副教授和陈伟教授

通讯单位:新加坡高性能计算研究所、南方科技大学和新加坡国立大学

DOI: 10.1039/D3EE00161J


01

研究背景

锂金属电池(LMBs)具有高比容量(3860 mAh g-1)等优点,在下一代储能系统中显示出巨大的潜力。然而,锂(Li)负极表面固体电解质间相(SEI)层的不稳定性会引发Li枝晶和短路等问题,从而导致火灾或爆炸。研究表明,Li金属阳极上高效的SEI层是抑制锂枝晶的关键。基于此,新加坡高性能计算研究所吴刚研究员、南方科技大谷猛副教授和新加坡国立大学陈伟教师等人通过理论计算和实验论证揭露一种甲氧基添加剂——甲醇钾(CH3OK)可以诱导阴离子(TFSI-、CH3O-和NO3-)在Li金属负极上的优先吸附,并促使这些阴离子分解形成稳定且富含无机的单片SEI层,极大地提升了LMBs的循环寿命。本研究为促进阴离子在Li负极表面优先分解并形成富含无机相和稳定的SEI层提供了有效的方法,并为设计优化能延长LMBs循环寿命的电解质提供了新思路。


02

文章要点

要点一:结合理论分析和实验结果,揭示了一种电解质添加剂——甲醇钾(CH3OK)在锂金属表面诱导阴离子(TFSI-、CH3O-和NO3-)优先吸附的作用。

要点二:全面且系统地阐述了CH3OK对典型醚基电解值中溶剂化结构和SEI生长的调控行为,结果显示CH3OK的引入使得Li负极表面的SEI膜具有富无机相、无定型以及单片的特征。

要点三:对比空白电解质,甲醇钾(CH3OK)改性的电解质中的Li‖Li对称电池的循环寿命延长了约4倍。同时,LiFePO4‖Li全电池在高LiFePO4(LFP)载量(~20 mg cm-2)和低N/P(~3)的严苛条件下可以稳定循环400次以上。


03

图文展示

图片


图1.改性电解质中溶剂化结构、Li沉积和SEI生长的示意图图片 


图2. SEI膜和沉积Li的微观形貌和成分分析图片 


图3. XPS鉴定SEI的精细结构

图4.对称、非对称电池在不同电解质中的电化学性能图片 


图5. Li沉积/溶解过程中的动力学分析图片 


图6. Li‖LFP全电池在不同电解质中的电化学性能

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全部 3小时前 四川
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