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应用研究上海硅酸盐地点锂金属电池负极界面改性研讨中获得系列发展

上海硅酸盐地点锂金属电池负极界面改性研讨中获得系列发展

时间:2019年06月18日 02:57:06 | 编辑作者:申博sunbet官网

    金属锂具有极高的理论比容量与极低的氧化复原电位,有望成为下一代负极资料。当其与转化反响型硫基和氟基正极匹配时,有望得到能量密度高达500-900Whkg-1的锂金属电池(LMBs)。但是,负极点锂枝晶的成长延伸简略导致锂金属电池循环安稳性变差,且具有电池短路的安全危险;揉捏出来的锂枝晶也有或许损坏固态电解质界面(SEI)层或构成“死锂”,跟着锂金属负极比外表积和孔隙率的增加,电解液的耗费加重,一起SEI累积变厚而形成电极钝化。这些不利因素会导致电池阻抗和过电势增加,引起库仑功率(CE)的下降和动摇,严峻约束了锂金属电池的开展。经过增加低含量电解液增加剂来调理SEI组分,是一种简略有用的增强SEI膜、改进负极界面然后推迟锂枝晶成长的战略,而SEI的增强作用取决于增加剂与复原性Li外表的降解反响进程。

 

    针对单一无机成分的SEI层柔韧性较差以及现有有机无机杂化SEI层的构建操作杂乱的难题,中国科学院上海硅酸盐研讨所研讨员李驰麟团队提出了一种简洁有用的界面原位催化嫁接战略,完成了锂金属电池负极的高效安稳和枝晶按捺。相关研讨宣布在《先进功用资料》上(AdvancedFunctionalMaterials,2019,1902220,DOI:10.1002/adfm.201902220)。

 

    在该工作中,研讨团队经过将-OCH3基团封端的液体聚二甲基硅氧烷(PDMS-OCH3)作为可嫁接增加剂,经过电化学势和电场作用完成其在锂金属外表的“接枝”和“碎片”反响。锂金属外表天然存在的Li2O和LiOH薄层“皮肤”,在电荷转移作用下,可催化激活PDMS-OCH3的解离反响,破碎后的大分子可嫁接到锂金属外表,一起更小的分子可密化成无机的LixSiOy快离子导体。这样的有机-无机杂化界面相(即接枝SEI)在电化学进程中被注入的高浓度LiF进一步增强。LiF和LixSiOy的硬无机成分组合可提供快离子通道和界面,完成离子流的均化效应,起到阻止锂枝晶成长的屏障作用;而软的PDMS分支则可增强整个SEI的柔韧性和缓冲作用。将液体的PDMS-OCH3作为碳酸酯系统的增加剂,其嫁接维护下的负极可赋予Li|Li对称电池长达1800h的安稳循环,一起完成25mV左右的小电位极化。Li|Cu非对称电池在大电流密度和高面容量的条件下仍可完成高达97%的库伦功率。在锂金属细密化和SEI安稳化方面,液态PDMS增加剂具有比其他嫁接才能弱的固体硅氧烷增加剂更明显的优势。

 

    近期,李驰麟团队针对锂金属电池负极界面改性研讨已获得系列发展,提出了功用增加/填充剂和保形包覆手法来规划安稳的人工SEI层,首先提出二维碳氮聚合物(C3N4)增强电解质按捺锂枝晶成长的战略(ACSAppl.Mater.Interfaces2017,9,11615),提出多孔镁金属网络原位镀层以安稳锂负极可逆循环的手法(ACSAppl.Mater.Interfaces2018,10,12678),首先提出一类富锂氟基开结构固态电解质高离子导电率的完成途径及其对锂离子流的均化效应(EnergyStorageMater.2018,14,100;ACSAppl.Mater.Interfaces2018,10,34322),提出金属有机结构(MOF)固体增加剂触发高浓度LiF原位注入Zr-o-C基SEI的复合增强战略(ACSAppl.Mater.Interfaces2019,11,3869),提出丝胶蛋白保形包覆完成空气安稳锂金属负极和高倍率Li-S电池的办法(J.PowerSources2019,419,72),提出可诱导锂金属保形共轴堆积的合金三维骨架构筑(ACSAppl.EnergyMater.2019,DOI:10.1021/acsaem.9b00573)。

 

    以上系列研讨工作得到国家重点研制方案、国家自然科学基金等项目的赞助和支撑。

 

    液态聚二甲基硅氧烷的界面原位催化嫁接以完成无枝晶的锂电镀和高可逆的锂金属电池

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