赵焱/廖小彬EnSM:基于全氟化电解液的高压高稳定锂金属电池

赵焱/廖小彬EnSM:基于全氟化电解液的高压高稳定锂金属电池
枝晶生长和锂金属负极上的寄生反应困扰着锂金属电池(LMBs)的实际应用。武汉大学赵焱、武汉理工大学廖小彬等报告了一种用于LMBs的新型全氟化电解液,命名为FFH。
赵焱/廖小彬EnSM:基于全氟化电解液的高压高稳定锂金属电池
图1 电解液设计
具体而言,作者提出了一种由三种氟化溶剂(FFH=FEC、FEMC、HFTFE)组成的新型电解液,以用于高效、稳定的可充LMB。密度泛函理论(DFT)模拟证实,氟化增加了溶剂分子的氧化电位和HOMO-LUMO能隙,这有利于提高电解质中溶剂分子的稳定性,即使在相对较高的电压条件下。
此外,FFH全氟电解液可促进形成高氟、致密、均匀和坚固的富含LiF的界面,可有效抑制金属锂阳极上的寄生反应和枝晶形成,导致均匀的锂沉积。
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图2 半电池性能
因此,组装的对称Li||Li电池实现了超过1000小时的高循环稳定性,沉积/剥离的库伦效率达到了理想的97.1%。此外,FFH全氟电解液与富镍正极高度兼容,包括NCM811(Li[Ni0.8Co0.1Mn0.1]O2)和Ni92(Li[Ni0.92Co0.04Mn0.04]O2),这表现在Li||NCM811电池的CE为99.8%,Li||Ni92电池的CE为99.9%(4.5 V)。
此外,采用FFH全氟电解液的Li||Ni92电池在5V和1C的条件下表现出惊人的循环稳定性(第500次循环时容量保持率为68%)和高库仑效率(500次循环后为99.8%)。总之,该工作中开发的FFH电解液为高性能LMB的安全运行提供了一个有效的策略。
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图3 全电池性能
High Voltage and Robust Lithium Metal Battery Enabled by Highly-Fluorinated Interphases. Energy Storage Materials 2022. DOI: 10.1016/j.ensm.2022.07.003

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