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濃縮離子液體電解質(zhì)強(qiáng)化鋰金屬電池電極/電解質(zhì)界面

2024-09-04 10:06:16 sh默尼 23

由高能鋰金屬陽(yáng)極(LMAs)和富鎳陰極組成的鋰金屬電池(LMBs)，被認(rèn)為是下一代二次電池的候選材料。然而，這些高活性電極材料常因缺乏保護(hù)電解質(zhì)/電極界面相(EEIs)，而與傳統(tǒng)電解質(zhì)的界面相容性較差，進(jìn)而存在枝晶鋰生長(zhǎng)、低庫(kù)侖效率(CE)、材料鈍化等缺陷。因此，尋找合適的電解質(zhì)是實(shí)現(xiàn)LMBs高界面穩(wěn)定性和長(zhǎng)壽命的有效策略。

低可燃性離子液體電解質(zhì)(ILEs)具有與LMAs和富鎳陰極的高相容性。例如，由共溶劑和濃縮離子液體混合組成的局部濃縮離子液體電解質(zhì)(LILEs)，能有效緩解純離子液體在室溫下高粘度和離子傳輸緩慢的缺點(diǎn)，從而在降低電解質(zhì)成本條件下提高陰極質(zhì)量。已有研究表明，加入助溶劑對(duì)EEIs和界面穩(wěn)定性有顯著影響。例如，在[LiFSI]₁[EmimFSI]₂(FE)中加入1,2-二氟苯，可顯著減輕FE中陰極/電解質(zhì)界面(CEIs)的增厚，從而有效提高NMC811陰極的可逆性和可循環(huán)性。氟化芳香族化合物作為新的濃縮電解質(zhì)稀釋劑，具有密度低、供氟能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是離子液體基濃縮電解質(zhì)的較好稀釋劑。在此基礎(chǔ)上開發(fā)出的其它含氟芳香稀釋劑，如三氟甲基苯(BnCF)和三氟甲氧基苯(BnOCF)等，可通過(guò)溫和可控的脫氟過(guò)程從而形成更具保護(hù)性的EEIs。然而，現(xiàn)階段對(duì)基于BnCF或BnOCF的LILEs以及氟化基團(tuán)的影響仍然未知。

基于此，來(lái)自羅馬大學(xué)的Stefano Passerini及其團(tuán)隊(duì)制備了三種不同共溶劑（單氟苯(BnF)、BnCF和BnOCF）的LILEs，即FEF、FECF和FEOCF，并從物理性質(zhì)、溶液結(jié)構(gòu)、電化學(xué)性能以及LMAs和NCA陰極上的EEIs等方面與純FE進(jìn)行了系統(tǒng)的比較研究。該研究討論了BnF、BnCF和BnOCF對(duì)LILEs的物理性質(zhì)、電化學(xué)性能等方面的影響，證明了共溶劑苯環(huán)上的氟化基團(tuán)通過(guò)與芳香族Emim⁺形成п-п相互作用以及Li⁺與共溶劑氟原子之間的配位，來(lái)影響LILEs的離子導(dǎo)電率和粘度。此外，該研究表明以BnOCF為共溶劑的LILEs，可在LMAs上產(chǎn)生保護(hù)性SEI，可適用于實(shí)際的LMBs。