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光年之外我的世界 科研进展 苏州纳米(mi)所吴晓东团(tuan)队(dui)AEM:基于离...
科研(yan)进(jin)展

苏州纳米所吴晓东团队AEM:基于离子液体的锂电池安全电解液设计

发布日期:2020-04-01 浏(liu)览次数: 【关闭】

锂(li)(li)金(jin)属(shu)负(fu)极(ji)因其极(ji)高的(de)(de)理论比容(rong)量(3860 mA h g-1),低的(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)化学电(dian)(dian)(dian)(dian)位(-3.04 V vs. 标准氢(qing)电(dian)(dian)(dian)(dian)极(ji))和低的(de)(de)密(mi)度(0.59 g cm-3)而备(bei)受(shou)广大研究学者的(de)(de)青(qing)睐,成为新一代极(ji)具前(qian)景的(de)(de)高能量密(mi)度负(fu)极(ji)材(cai)料。但是在(zai)实际应用(yong)中(zhong),它们仍然存在(zai)一些尚未解(jie)决的(de)(de)问(wen)题。一方面(mian)(mian),商业有机(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)(ye)在(zai)锂(li)(li)金(jin)属(shu)表(biao)面(mian)(mian)形成不稳定的(de)(de)固体(ti)电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)质中(zhong)间相(xiang)(SEI),以及锂(li)(li)枝晶和死锂(li)(li)的(de)(de)生成,会持(chi)续(xu)消耗电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)(ye),导致电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)性能下降;另(ling)一方面(mian)(mian),持(chi)续(xu)生长的(de)(de)锂(li)(li)枝晶会刺穿隔膜,导致电(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)发生内短路从(cong)(cong)而引起热失控,同时传统碳酸酯类有机(ji)电(dian)(dian)(dian)(dian)解(jie)液(ye)(ye)极(ji)易参与燃烧(shao)反(fan)应,从(cong)(cong)而造成严重的(de)(de)安全隐患。 

为(wei)了解(jie)(jie)决上(shang)述问题,中(zhong)科(ke)院(yuan)苏州纳米所吴晓(xiao)东团队(dui)设计(ji)了一种基于不燃的(de)(de)离子(zi)液体(ti)和(he)(he)低粘度的(de)(de)氢氟(fu)醚稀释剂(ji)的(de)(de)局部高浓度电(dian)解(jie)(jie)液,一方(fang)面(mian)可(ke)以改善离子(zi)液体(ti)本身存在的(de)(de)粘度高、隔膜(mo)浸润性(xing)差、离子(zi)电(dian)导率低、成(cheng)本高的(de)(de)缺点;另(ling)一方(fang)面(mian)也可(ke)以保证电(dian)解(jie)(jie)液本身的(de)(de)阻燃性(xing)和(he)(he)高的(de)(de)电(dian)化(hua)学窗口,大大提(ti)高电(dian)池的(de)(de)安全性(xing)能(neng)。同时,本工作通过研究和(he)(he)调控锂(li)离子(zi)溶剂(ji)化(hua)结构,使得(de)锂(li)离子(zi)溶剂(ji)化(hua)层中(zhong)主要(yao)由(you)FSI-阴离子(zi)构成(cheng),有利于促进阴离子(zi)在锂(li)金(jin)属(shu)(shu)负极表面(mian)优(you)先分解(jie)(jie)形成(cheng)稳定的(de)(de)无机SEI层,从而获得(de)均匀致密的(de)(de)锂(li)沉(chen)积形貌。采用(yong)该类电(dian)解(jie)(jie)液的(de)(de)锂(li)金(jin)属(shu)(shu)电(dian)池表现出(chu)了优(you)异的(de)(de)倍率和(he)(he)长(zhang)循环(huan)性(xing)能(neng)。 

相关工作(zuo)以“Intrinsically Nonflammable Ionic Liquid-Based Localized Highly Concentrated Electrolytes Enable High-Performance Li-Metal Batteries”为题发表(biao)于国际(ji)知名期刊Advanced Energy Materials (DOI: 10.1002/aenm.202003752),本(ben)文(wen)的第一作(zuo)者(zhe)是中科(ke)院(yuan)苏州(zhou)(zhou)纳(na)米(mi)所(suo)2020级博士生王志诚(cheng),通讯作(zuo)者(zhe)为中科(ke)院(yuan)苏州(zhou)(zhou)纳(na)米(mi)所(suo)吴晓东研究员、许晶晶副研究员,以及苏州(zhou)(zhou)大学(xue)胡建(jian)臣副教授。 

图1  局部高浓(nong)度离子液体基电解液物理化学(xue)性质及锂(li)离子溶剂化结(jie)构分析


图2 局部高浓度离子液体基电解液物理化学性(xing)质及锂离子溶剂(ji)化结(jie)构分(fen)析

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