电解液作为锂离子电池中不可或缺但长期被忽视的组成部分,在新型电极材料的应用和储能系统的设计中起着至关重要的作用.1M电解液由于其良好的离子导电性、电化学稳定性以及成本,被广泛应用于锂离子电池中.然而,更高的能量密度需要比容量更高的活性材料、合金型或锂金属负极、甚至无负极型电池,而1M的电解液很难支持其长期稳定循环.其主要原因在于电极/电解液界面稳定性较差,通常需要固态正/负极电解质界面(CEI/SEI)来稳定.CEI/SEI成分与电解液中Li+的溶剂化状态(溶剂分离离子对(SSIP)、接触离子对(CIP)和团聚体(AGG))紧密相关,而Li+溶剂化/去溶剂化过程中的能量变化是其中的决定性因素[1].大量研究表明,在SSIP占比较高的电解液中,通常是溶剂首先分解形成富含有机物、导通性较差的CEI/SEI.CIP或AGG比例较高的电解液,如(局部)超浓电解液,或添加了LiNO3、氟代碳酸乙烯酯(FEC)等特殊添加剂的电解液,有利于形成富含无机物的SEI/ CEI,从而提高电池循环稳定性.然而,相应的Li+去溶剂化能(Ed)很少被讨论.2019年,Amine团队[2]定义了溶剂化能的概念,定量描述了典型溶剂的相对Li+溶剂化能力;Zhang团队[3]进一步发现,低溶剂化能的溶剂有助于降低Li+的Ed,从而为低浓度电解液(LCEs)设计带来新的机会.在这些工作的启发下,我们以FEC和1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙醚(D2)为溶剂,0.2 mol L-1 LiPF6和0.05 mol L-1二氟(草酸)硼酸锂(LiD-FOB)为盐,制备了LCE.通过实验和模拟对Li+的溶剂化结构进行了解析.结果表明,Li+与FEC的相互作用较弱,Li+更容易从溶剂化层中脱出.此外,FEC衍生的SEI/CEI更稳定,在充放电过程中消耗的电解液更少.研究成果发表于Science Bulle-tin[4].

彭琳珊;巫湘坤;贾梦敏;钱伟伟;张晓妍;周娜;张兰;菅翠营;张锁江

中国科学院过程工程研究所,中国科学院绿色过程与工程重点实验室,离子液体清洁过程北京市重点实验室,多相复杂系统国家重点实验室,北京 100190;中国科学院大学化学工程学院,北京100049;廊坊绿色产业技术中心,廊坊065001;西安交通大学化学工程与技术学院,陕西省能源化工过程强化重点实验室,西安710049;Department of Mechanical Engineering,Lassonde School of Engineering,York University,Toronto ON M3J 1P3,Canada;郑州新兴产业技术研究院储能材料与工艺河南省重点实验室,郑州450003

科学通报

[1]彭琳珊;巫湘坤;贾梦敏;钱伟伟;张晓妍;周娜;张兰;菅翠营;张锁江-.溶剂化能调控实现低浓度锂电池电解液)[J].科学通报,2022(33):3885-3888

SSIP, CEI,LiD,Bulle

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