浓缩离子液体电解质强化锂金属电池电极/电解质界面

2024-09-04 10:06:16 sh默尼 10

由高能锂金属阳极(LMAs)和富镍阴极组成的锂金属电池(LMBs),被认为是下一代二次电池的候选材料。然而,这些高活性电极材料常因缺乏保护电解质/电极界面相(EEIs),而与传统电解质的界面相容性较差,进而存在枝晶锂生长、低库仑效率(CE)、材料钝化等缺陷。因此,寻找合适的电解质是实现LMBs高界面稳定性和长寿命的有效策略。


低可燃性离子液体电解质(ILEs)具有与LMAs和富镍阴极的高相容性。例如,由共溶剂和浓缩离子液体混合组成的局部浓缩离子液体电解质(LILEs),能有效缓解纯离子液体在室温下高粘度和离子传输缓慢的缺点,从而在降低电解质成本条件下提高阴极质量。已有研究表明,加入助溶剂对EEIs和界面稳定性有显著影响。例如,在[LiFSI]1[EmimFSI]2(FE)中加入1,2-二氟苯,可显著减轻FE中阴极/电解质界面(CEIs)的增厚,从而有效提高NMC811阴极的可逆性和可循环性。氟化芳香族化合物作为新的浓缩电解质稀释剂,具有密度低、供氟能力强等优点,是离子液体基浓缩电解质的较好稀释剂。在此基础上开发出的其它含氟芳香稀释剂,如三氟甲基苯(BnCF)和三氟甲氧基苯(BnOCF)等,可通过温和可控的脱氟过程从而形成更具保护性的EEIs。然而,现阶段对基于BnCFBnOCFLILEs以及氟化基团的影响仍然未知。

基于此,来自罗马大学Stefano Passerini及其团队制备了三种不同共溶剂(单氟苯(BnF)BnCFBnOCF)的LILEs,即FEFFECFFEOCF,并从物理性质、溶液结构、电化学性能以及LMAsNCA阴极上的EEIs等方面与纯FE进行了系统的比较研究。该研究讨论了BnFBnCFBnOCFLILEs的物理性质、电化学性能等方面的影响,证明了共溶剂苯环上的氟化基团通过与芳香族Emim+形成п-п相互作用以及Li+与共溶剂氟原子之间的配位,来影响LILEs的离子导电率和粘度。此外,该研究表明以BnOCF为共溶剂的LILEs,可在LMAs上产生保护性SEI,可适用于实际的LMBs
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