一種新的電解液設計，可以提高鋰離子電池的性能
時間:2020-05-14 09:42來源:科技報告與資訊 作者:綜合報道
點擊:
次
現有的大多數鋰離子電池(LIBs)集成了石墨陽極，其容量約為每克350毫安時(mAh)。硅陽極的容量幾乎是石墨陽極的10倍(每克約2800毫安時)，因此理論上可以開發(fā)出更緊湊、更輕的鋰離子電池。
盡管硅陽極具有更高的容量，但迄今為止，硅陽極還無法與石墨陽極競爭，因為硅在電池運行過程中會膨脹和收縮，因此在電池工作時，陽極的外層保護層很容易破裂。在最近發(fā)表在《Nature Energy》雜志上的一篇論文中，美國馬里蘭大學和陸軍研究實驗室的研究人員提出了一種新的電解液設計，可以克服現有硅陽極的局限性。
覆蓋富含LiF的SEI層的Si顆粒
“硅陽極及其形成的固體電解質相間層（SEI）保護層在電池運行過程中更容易被粉碎，因為SEI與Si牢固地結合在一起，所以兩者都經歷了大量的變化”，進行這項研究的主要研究人員之一Ji Chen說。
SEI是一種保護層，當正極顆粒直接接觸電解質時，會自然形成保護層。這層保護層的作用是防止電池內部發(fā)生進一步的反應，將陽極與電解液分開。
“如果這個保護層在Si陽極粒子膨脹或收縮過程中被破壞，新暴露的陽極粒子就會與電解液不斷發(fā)生反應，直到電池循環(huán)過程中電解液耗盡”，陸軍研究實驗室參與研究的高級化學家Oleg Borodin說。
十多年來，全世界的研究小組一直在努力克服阻礙硅陽極在LIB中使用的問題，主要是通過設計柔性和有機的SEI，使其與陽極一起膨脹。然而，事實證明，他們開發(fā)的大多數解決方案要么完全無效，要么是輕度有效，因此只能部分防止SEI損壞。
“很長一段時間以來，LIB研究界一直在試圖設計出讓Si這樣的高容量陽極發(fā)揮作用的技術”，馬里蘭大學（UMD）化學與生物分子工程系教授Chunsheng Wang說，他也是UMD極限電池研究中心主任。“這些研究人員大多是通過引入昂貴的納米制造工藝，在Si材料層面進行研究。我們試圖通過設計高容量陽極的電解液和相應的SEI來解決這個問題，但我們嘗試了不同的方法。”
Chen、Borodin、Wang和他們的同事們設計了一種電解液，可以提高微尺寸硅陽極在LIB中的性能，防止其外部保護層受損。與之前提出的解決方案相比，他們的方法大大減少了電解液的降解，從而使電池在失去容量之前的循環(huán)時間大大延長。
研究人員研究的最終目標是確定一種通用的、即插即用的解決方案，以促進鋰基電池高容量陽極的開發(fā)。為了實現這一目標，他們使用最先進的鹽LiPF6和乙醚溶劑的混合物設計了電解液，形成了非常堅固的富含LiF的SEI保護層。
“特殊的溶劑化結構（鹽和溶劑之間的相互作用）以及鹽和溶劑之間的還原傾向之間的巨大差距促進了在Si上形成獨特的富含LiF的SEI，這對循環(huán)高容量Si陽極的電池超級有益。”Oleg解釋說。“我們設計的電解液為目前的LIB技術提供了一種無需昂貴的加工工藝就能實現的即插即用的解決方案，同時保持了前所未有的高循環(huán)穩(wěn)定性。”
Chen、Borodin、Wang和他們的同事最近的研究證明，在含有硅陽極的LIB中實現良好的循環(huán)和高效率實際上是可能的，只需更換電池內部的電解液就可以實現，這在以前被認為是不切實際或完全不可行的。他們的電解液設計背后的原理理論上也可以應用于所有的高容量合金陽極。在未來，這種設計可以創(chuàng)造出性能更好的鋰基電池，其中含有石墨以外的其他材料的陽極。
“我們的研究結果為電解液設計指出了一個新的方向，可以讓全球的研究團隊對高容量負極材料在LIB中的應用充滿信心。”Wang說。“我們下一步將是改善電解質的電壓范圍，并嘗試將該技術授權給電池制造商。”
論文標題為《Electrolyte design for LiF-rich solid–electrolyte interfaces to enable high-performance microsized alloy anodes for batteries》。
免責聲明：本文僅代表作者個人觀點，與中國電池聯盟無關。其原創(chuàng)性以及文中陳述文字和內容未經本網證實，對本文以及其中全部或者部分內容、文字的真實性、完整性、及時性本站不作任何保證或承諾，請讀者僅作參考，并請自行核實相關內容。
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
凡本網注明 “來源：XXX（非中國電池聯盟）”的作品，均轉載自其它媒體，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本網贊同其觀點和對其真實性負責。
如因作品內容、版權和其它問題需要同本網聯系的，請在一周內進行，以便我們及時處理。
QQ：503204601
郵箱：cbcu@cbcu.com.cn
猜你喜歡
-
崔屹鮑哲南團隊設計新型電解液，有望解決金屬鋰電池循環(huán)壽命難題
2021-06-04 10:10 -
蘇州納米所設計出基于離子液體的鋰電池安全電解液
2021-04-09 11:27 -
俄羅斯開發(fā)出一種可在“幾秒鐘內”完成充電的電池
2021-04-06 09:45 -
研究人員研發(fā)新型陰極和電解液 使高功率鎂電池成為可能
2020-12-04 09:54 -
卡內基梅隆大學利用人工智能方法開發(fā)電解液 加快電池創(chuàng)新步伐
2020-12-04 08:53 -
深圳先進院研發(fā)出基于高電壓高濃度電解液的鉀基雙石墨電池
2020-09-28 17:09 -
低鹽濃度電解液再降鈉離子電池成本
2020-09-17 09:53 -
美國利用離子液體取代傳統有機電解液 研發(fā)更安全/更持久儲能設備
2020-09-08 08:58 -
廣東工業(yè)大學《JACS》：一種全新的高性能水系可充電鋁離子電池！
2020-08-31 09:54 -
蝦殼的另一種妙用！用于生產釩流體電池的電極
2020-08-06 09:04
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
專題
相關新聞
-
崔屹鮑哲南團隊設計新型電解液，有望解決金屬鋰電池循環(huán)壽命難題
2021-06-04 10:10 -
蘇州納米所設計出基于離子液體的鋰電池安全電解液
2021-04-09 11:27 -
俄羅斯開發(fā)出一種可在“幾秒鐘內”完成充電的電池
2021-04-06 09:45 -
研究人員研發(fā)新型陰極和電解液 使高功率鎂電池成為可能
2020-12-04 09:54 -
卡內基梅隆大學利用人工智能方法開發(fā)電解液 加快電池創(chuàng)新步伐
2020-12-04 08:53 -
深圳先進院研發(fā)出基于高電壓高濃度電解液的鉀基雙石墨電池
2020-09-28 17:09 -
低鹽濃度電解液再降鈉離子電池成本
2020-09-17 09:53 -
美國利用離子液體取代傳統有機電解液 研發(fā)更安全/更持久儲能設備
2020-09-08 08:58
本月熱點
-
2020年鋰電池行業(yè)研究報告
2021-05-11 11:24 -
突發(fā)｜深圳一鋰電企業(yè)停止經營、解散員工！
2021-05-11 10:02 -
4月我國動力電池裝車量同比上升134.0%
2021-05-13 08:26 -
如何看待Pack內鐵鋰和三元混用
2021-06-01 09:25 -
可充電中性鋅空氣電池：進展，挑戰(zhàn)和未來
2021-05-19 10:59 -
揭開贛鋒鋰業(yè)的家底
2021-06-03 09:46 -
“電池荒”來襲，生產純電動汽車的車企要被卡脖子了？
2021-06-01 21:22 -
關于征集《鋰離子電池用連續(xù)式真空干燥系統技術規(guī)范》等兩項行業(yè)標準的函）征求意見程序
2021-05-31 22:53
企業(yè)微信號
微信公眾號