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應用研究上海硅酸鹽地點鋰金屬電池負極界面改性研討中獲得系列發展

上海硅酸鹽地點鋰金屬電池負極界面改性研討中獲得系列發展

時間:2019年06月18日 02:57:06 | 編輯作者:皇家國際

    金屬鋰具有極高的理論比容量與極低的氧化復原電位,有望成為下一代負極資料。當其與轉化反響型硫基和氟基正極匹配時,有望得到能量密度高達500-900Whkg-1的鋰金屬電池(LMBs)。但是,負極點鋰枝晶的成長延伸簡略導致鋰金屬電池循環安穩性變差,且具有電池短路的安全危險;揉捏出來的鋰枝晶也有或許損壞固態電解質界面(SEI)層或構成“死鋰”,跟著鋰金屬負極比外表積和孔隙率的增加,電解液的耗費加重,一起SEI累積變厚而形成電極鈍化。這些不利因素會導致電池阻抗和過電勢增加,引起庫侖功率(CE)的下降和動搖,嚴峻約束了鋰金屬電池的開展。經過增加低含量電解液增加劑來調理SEI組分,是一種簡略有用的增強SEI膜、改進負極界面然后推遲鋰枝晶成長的戰略,而SEI的增強作用取決于增加劑與復原性Li外表的降解反響進程。

 

    針對單一無機成分的SEI層柔韌性較差以及現有有機無機雜化SEI層的構建操作雜亂的難題,中國科學院上海硅酸鹽研討所研討員李馳麟團隊提出了一種簡潔有用的界面原位催化嫁接戰略,完成了鋰金屬電池負極的高效安穩和枝晶按捺。相關研討宣布在《先進功用資料》上(AdvancedFunctionalMaterials,2019,1902220,DOI:10.1002/adfm.201902220)。

 

    在該工作中,研討團隊經過將-OCH3基團封端的液體聚二甲基硅氧烷(PDMS-OCH3)作為可嫁接增加劑,經過電化學勢和電場作用完成其在鋰金屬外表的“接枝”和“碎片”反響。鋰金屬外表天然存在的Li2O和LiOH薄層“皮膚”,在電荷轉移作用下,可催化激活PDMS-OCH3的解離反響,破碎后的大分子可嫁接到鋰金屬外表,一起更小的分子可密化成無機的LixSiOy快離子導體。這樣的有機-無機雜化界面相(即接枝SEI)在電化學進程中被注入的高濃度LiF進一步增強。LiF和LixSiOy的硬無機成分組合可提供快離子通道和界面,完成離子流的均化效應,起到阻止鋰枝晶成長的屏障作用;而軟的PDMS分支則可增強整個SEI的柔韌性和緩沖作用。將液體的PDMS-OCH3作為碳酸酯系統的增加劑,其嫁接維護下的負極可賦予Li|Li對稱電池長達1800h的安穩循環,一起完成25mV左右的小電位極化。Li|Cu非對稱電池在大電流密度和高面容量的條件下仍可完成高達97%的庫倫功率。在鋰金屬細密化和SEI安穩化方面,液態PDMS增加劑具有比其他嫁接才能弱的固體硅氧烷增加劑更明顯的優勢。

 

    近期,李馳麟團隊針對鋰金屬電池負極界面改性研討已獲得系列發展,提出了功用增加/填充劑和保形包覆手法來規劃安穩的人工SEI層,首先提出二維碳氮聚合物(C3N4)增強電解質按捺鋰枝晶成長的戰略(ACSAppl.Mater.Interfaces2017,9,11615),提出多孔鎂金屬網絡原位鍍層以安穩鋰負極可逆循環的手法(ACSAppl.Mater.Interfaces2018,10,12678),首先提出一類富鋰氟基開結構固態電解質高離子導電率的完成途徑及其對鋰離子流的均化效應(EnergyStorageMater.2018,14,100;ACSAppl.Mater.Interfaces2018,10,34322),提出金屬有機結構(MOF)固體增加劑觸發高濃度LiF原位注入Zr-o-C基SEI的復合增強戰略(ACSAppl.Mater.Interfaces2019,11,3869),提出絲膠蛋白保形包覆完成空氣安穩鋰金屬負極和高倍率Li-S電池的辦法(J.PowerSources2019,419,72),提出可誘導鋰金屬保形共軸堆積的合金三維骨架構筑(ACSAppl.EnergyMater.2019,DOI:10.1021/acsaem.9b00573)。

 

    以上系列研討工作得到國家重點研制方案、國家自然科學基金等項目的贊助和支撐。

 

    液態聚二甲基硅氧烷的界面原位催化嫁接以完成無枝晶的鋰電鍍和高可逆的鋰金屬電池

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