目前鋰離子電池中使用的商用碳酸鹽電解質(zhì)會(huì)與鋰發(fā)生劇烈反應(yīng),產(chǎn)生不均勻且易碎的固體電解質(zhì)界面 (SEI)。因此,循環(huán)過(guò)程中的體積變化會(huì)導(dǎo)致 SEI 破裂,從而導(dǎo)致鋰枝晶的生長(zhǎng)以及“死鋰”的形成,最終導(dǎo)致電池失效并限制鋰金屬電池(LMBs)的實(shí)際應(yīng)用。
研究人員開發(fā)了一種添加劑三氟乙酸吡啶鹽離子液體鹽,用于在商業(yè)碳酸鹽電解質(zhì)中的鋰上構(gòu)建富含無(wú)機(jī)物的 SEI 層,以克服枝晶生長(zhǎng)的障礙。在這種情況下,由于靜電相互作用,Py+ 可以聚集在 Li 的表面上,并優(yōu)先還原以形成調(diào)節(jié) Li 沉積的含氮化物界面。得益于 TFA- 和 Li+ 之間的強(qiáng)配位,痕量 TFA- 可以促進(jìn) LiNO3 在碳酸鹽電解質(zhì)中的溶解,形成包含大量陰離子的獨(dú)特溶劑化殼,如 MD 模擬和 NMR 分析所示,從而降低了 Li+ 去溶劑化能壘。
此外,添加劑的綜合作用促進(jìn)了 LiF-Li3N 增強(qiáng)型 SEI 的形成,這增加了界面能并降低了 Li+ 擴(kuò)散能壘,有助于更快的離子擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)和無(wú)枝晶的致密體沉積形態(tài)的形成。此外,在 BEF-PyF/LN 中構(gòu)建了高質(zhì)量的 CEI 層,以充分保護(hù)陰極。因此,Li||LiFePO4 (2.0 mAh cm-2) 電池在 1?C (1?C = 170 mAh g-1) 下循環(huán) 500 次后仍保持高容量保持率 (83.4%)。采用 BEF-PyF/LN 電解質(zhì)的 Li||NCM523 (2.4 mAh cm-2) 全電池在 100 次循環(huán)后表現(xiàn)出令人印象深刻的 92.9% 容量保持率,在 1?C (1?C = 200 mAh g-1) 下的平均 CE 為 99.3% 和良好的速率性能。這項(xiàng)工作為開發(fā)高壓LMBs提供了一種簡(jiǎn)單、可行且經(jīng)濟(jì)的電解質(zhì)添加劑策略。
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