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蘇州納米所吳曉東團隊AEM:基于離子液體的鋰電池安全電解液設計

  鋰金屬負極因其極高的理論比容量(3860 mA h g-1),低的電化學電位(-3.04 V vs. 標準氫電極)和低的密度(0.59 g cm-3)而備受廣大研究學者的青睞,成為新一代極具前景的高能量密度負極材料。但是在實際應用中,它們仍然存在一些尚未解決的問題。一方面,商業有機電解液在鋰金屬表面形成不穩定的固體電解質中間相(SEI),以及鋰枝晶和死鋰的生成,會持續消耗電解液,導致電池性能下降;另一方面,持續生長的鋰枝晶會刺穿隔膜,導致電池發生內短路從而引起熱失控,同時傳統碳酸酯類有機電解液極易參與燃燒反應,從而造成嚴重的安全隱患。 

  為了解決上述問題,中科院蘇州納米所吳曉東團隊設計了一種基于不燃的離子液體和低粘度的氫氟醚稀釋劑的局部高濃度電解液,一方面可以改善離子液體本身存在的粘度高、隔膜浸潤性差、離子電導率低、成本高的缺點;另一方面也可以保證電解液本身的阻燃性和高的電化學窗口,大大提高電池的安全性能。同時,本工作通過研究和調控鋰離子溶劑化結構,使得鋰離子溶劑化層中主要由FSI-陰離子構成,有利于促進陰離子在鋰金屬負極表面優先分解形成穩定的無機SEI,從而獲得均勻致密的鋰沉積形貌。采用該類電解液的鋰金屬電池表現出了優異的倍率和長循環性能。 

  相關工作以“Intrinsically Nonflammable Ionic Liquid-Based Localized Highly Concentrated Electrolytes Enable High-Performance Li-Metal Batteries”為題發表于國際知名期刊Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202003752),本文的第一作者是中科院蘇州納米所2020級博士生王志誠,通訊作者為中科院蘇州納米所吳曉東研究員、許晶晶副研究員,以及蘇州大學胡建臣副教授。 

   1. 局部高濃度離子液體基電解液物理化學性質及鋰離子溶劑化結構分析 

   2. 不同電解液中鋰金屬沉積形貌及鋰金屬電池電化學性能對比 


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