研究背景
LiNO3作為一種典型的鹽添加劑,廣泛應(yīng)用于醚類電解液,可通過(guò)在鋰負(fù)極表面形成穩(wěn)定的SEI,以顯著改善鋰金屬負(fù)極的穩(wěn)定性和可逆性。不幸的是,大多數(shù)醚溶劑的最高占據(jù)分子軌道(HOMO)的能量太高,耐氧化性較差,無(wú)法與基于高能量密度正極(NCM622或NCM811等)的鋰金屬電池(LMBs)兼容。相比之下,液態(tài)烷基碳酸酯,如碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC),在這些正極的氧化環(huán)境中電化學(xué)穩(wěn)定,因此是基于這些正極的商業(yè)鋰離子電池中最常用的電解液溶劑。然而,這些溶劑無(wú)法在鋰金屬負(fù)極的高還原電位下形成穩(wěn)定的界面相,從而導(dǎo)致鋰剝離/沉積的低可逆性(通常< 90%)。
成果簡(jiǎn)介
近日,美國(guó)康奈爾大學(xué)Lynden Archer教授等發(fā)現(xiàn),與常識(shí)相反,EC等環(huán)狀碳酸酯溶劑可以在沒(méi)有任何添加劑的情況下溶解高達(dá)0.7 M的LiNO3,從而大大提高鋰金屬負(fù)極的可逆性。在此,作者研究了LiNO3在純環(huán)狀(EC、PC)和線性(DMC、DEC)碳酸酯以及EC/DMC混合物中的溶解度。研究發(fā)現(xiàn)LiNO3實(shí)際上在EC溶劑中顯示出相當(dāng)大的溶解度,但隨著線性碳酸酯DMC濃度的增加,溶解度顯著下降。
圖文導(dǎo)讀
總結(jié)展望
總之,目前的結(jié)果意味著LiNO3可以作為碳酸酯電解液的有效鹽添加劑,并且先前報(bào)道的在碳酸酯溶劑中實(shí)現(xiàn)高LiNO3溶解度的困難,很可能是源于使用環(huán)狀/直鏈碳酸酯溶劑混合物的常見做法。一方面,作者傾向于進(jìn)一步論證有限溶解度有一個(gè)簡(jiǎn)單的經(jīng)典解釋(即DMC << EC),這降低了混合物的介電常數(shù)?;谶@些發(fā)現(xiàn),作者表明EC主導(dǎo)和富含LiNO3的電解液可以顯著提高LMBs的穩(wěn)定性,從36次循環(huán)到600次循環(huán)。
由于這項(xiàng)工作側(cè)重于電解液的研究,因此在鋰金屬上構(gòu)建人工界面、制備結(jié)構(gòu)化鋰金屬負(fù)極等其他策略可以很容易地與這項(xiàng)工作的進(jìn)展相結(jié)合,以進(jìn)一步延長(zhǎng)電池的壽命。此外,這項(xiàng)工作還揭示了鹽與鹽、鹽與溶劑、溶劑與溶劑通過(guò)制備電解液之間的競(jìng)爭(zhēng)和促進(jìn)關(guān)系,這在很大程度上影響了不同順序混合時(shí)的溶解度。通過(guò)分離電解液中各組分的作用,預(yù)計(jì)在不久的將來(lái)會(huì)發(fā)現(xiàn)更先進(jìn)的電解液。
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