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张继光AM:低成本局部高浓度电解液实现高电压锂金属电池

纳米人  · 公众号  ·  · 2018-06-15 09:08

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图1 不同电解液中锂沉积/脱出的平均库伦效率(评测:Li|Cu半电池,电流密度均为0.5 mA cm -2


要点解读1 LHCE的高库伦效率):

配制四种电解液,普通浓度电解液(1.2 M LiFSI/DMC),高浓度电解液(HCE;5.5 M LiFSI/DMC)以及两种不同浓度的局部高浓度电解液(2.5 M LiFSI/DMC-BTFE和1.2 M LiFSI/DMC-BTFE),作为评测体系。在0.5 mA cm -2 的电流密度下,对四种电解液进行Li|Cu半电池测试。 加入稀释剂BTFE的局部高浓度电解液 10圈平均库伦效率可达99.3%至99.5% ,而1.2 M LiFSI/DMC仅为9.0%,5.5 M LiFSI/DMC为99.2%,可见局部高浓度的结构对库伦效率的提升效果显著。通过加入稀释剂BTFE将盐浓度降低至1.2M后仍能保持高浓度电解液的优异性能,甚至更加优异。此外,研究者还对LHCE的长循环性能进行了测试,在1.2 M LiFSI/DMC-BTFE中,Li|Cu半电池(0.5 mA cm -2 , 1 mAh cm -2 )可稳定循环200圈,保持99%的库伦效率,且电池极化远低于HCE。(注:长循环性能图在supporting文件中,鉴于篇幅所限,此文重点解读正文图片)

图2 不同电解液中的锂沉积形貌SEM图(在Cu集流体上以1.0 mA cm -2 的电流密度沉积1.5 mAh cm -2 的锂)


要点解读2 (LHCE的枝晶抑制效果):

在普通浓度电解液(1.2 M LiFSI/DMC)中,锂的沉积形貌表现为酥松多孔结构,且伴随有明显的枝晶生长(图2b)。而在1.2 M LiFSI/DMC-BTFE这种局部高浓度电解液中,锂的沉积十分紧密且呈现 瘤状 (~5 μm),无枝晶形成(图2d)。从沉积厚度上来看,1.2 M LiFSI/DMC-BTFE中的沉积厚度仅为10 μm(图2h),接近于理论沉积厚度(1.5 mAh cm -2 的容量下约为7.2 μm),对比样(1.2 M LiFSI/DMC)厚度则达到了25 μm(图2f)。







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