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趙天壽院士/李一舉EES:溶劑分子重構(gòu)策略實現(xiàn)4.6 V高壓醚基電解液

本文提出了一種創(chuàng)新的溶劑分子重構(gòu)策略

趙天壽院士/李一舉EES:溶劑分子重構(gòu)策略實現(xiàn)4.6 V高壓醚基電解液
開發(fā)與鋰金屬負極(LMA)高度相容且耐高壓的電解液對于高能量密度鋰金屬電池(LMB)至關(guān)重要,目前已有局部高濃電解液(LHCE)的相關(guān)報道。但是,LHCE往往需要極高的鹽溶劑比(SSR;SSR≥1:2)。因此,在不犧牲電化學(xué)性能的情況下降低SSR是一項巨大的挑戰(zhàn)。
趙天壽院士/李一舉EES:溶劑分子重構(gòu)策略實現(xiàn)4.6 V高壓醚基電解液
在此,香港科技大學(xué)趙天壽院士、李一舉等人提出了一種創(chuàng)新的溶劑分子重構(gòu)策略,以構(gòu)建具有低SSR(1:3.6)的基于1,3-二氧戊環(huán)(DOL)的“局部中濃度電解液”。具體過程如下:首先,游離DOL在LiFSI引發(fā)劑的作用下形成鏈狀PDOL。
將DOL溶劑部分轉(zhuǎn)化為PDOL后,在上述體系中加入LiTFSI抑制DOL的進一步聚合并降低PDOL的結(jié)晶度,從而保持良好的離子導(dǎo)電性。
最后,在上述混合物中加入TTE獲得均質(zhì)電解液(Hybrid-DOL/PDOL-TTE)。
研究表明,將游離DOL溶劑分子部分重構(gòu)為聚醚可有效降低不穩(wěn)定的未配位DOL比例,從而提高電解液的固有高壓穩(wěn)定性。更重要的是,游離DOL溶劑分子的清除和重構(gòu)誘導(dǎo)形成了具有較低LUMO和HOMO的更有利的富含陰離子的離子-溶劑構(gòu)型,可有效鈍化正極和具有高含量無機氟化物/彈性聚醚衍生物的負極。
趙天壽院士/李一舉EES:溶劑分子重構(gòu)策略實現(xiàn)4.6 V高壓醚基電解液
圖1. LMA的電化學(xué)性能和循環(huán)后形態(tài)成分分析
得益于獨特的溶劑化結(jié)構(gòu),所獲得的均質(zhì)電解液即使具有1: 3.6的低SSR,也表現(xiàn)出與LMA和高壓正極(~4.7 V)的出色界面穩(wěn)定性。具體而言,基于Hybrid-DOL/PDOL-TTE的Li|Cu非對稱電池可穩(wěn)定運行1800小時以上并在 450~900次循環(huán)中的平均CE高達99.2%,這是近年來報道的一些使用HCE和全氟溶劑的研究中最高的結(jié)果。
此外,即使在0.12 C、4.6 V的高截止電壓下,基于Hybrid-DOL/PDOL-TTE的Li|NCM622電池也可穩(wěn)定運行。同時,組裝的實用Li|NCM622軟包電池也可在4.6 V的高壓下穩(wěn)定循環(huán)60次,并可獲得最高達347.1 Wh kg-1的高能量密度。總之,這項工作的結(jié)果展示了新的溶劑分子重構(gòu)策略在開發(fā)高壓LMB中具有低SSR的先進電解液方面的有效性。
趙天壽院士/李一舉EES:溶劑分子重構(gòu)策略實現(xiàn)4.6 V高壓醚基電解液
圖2. 實用Li|NCM622軟包電池的電化學(xué)性能
A Solvent Molecule Reconstruction Strategy Enabling a High-Voltage Ether-based Electrolyte, Energy & Environmental Science 2022. DOI: 10.1039/D2EE02344J

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