锂金属电池用高浓度电解液体系研究进展

锂金属二次电池具有极高的能量密度,是下一代储能电池的研究热点。然而,金属锂负极在传统碳酸酯电解液1 mol·L^?1 LiPF6-EC/DEC(ethylene carbonate/diethyl carbonate)中充放电时,存在严重的枝晶生长和循环效率低下等问题,阻碍了其商业化应用。因此,开发与锂负极兼容的新型电解液体系是目前重要的研究任务。与传统稀溶液相比,高浓度电解液体系具有独有的物化性质和优异的界面相容性,并且能有效抑制锂枝晶生长、显著提升锂负极的循环可逆性,因而格外受到关注。本文综述了高浓度电解液及局部高浓电解液体系的最新研究进展,分析了其溶液化学结构和物化性质,对其与锂负极的界面相容性、枝晶抑制效果、效率提升能力及界面稳定性机制进行了探讨;文章着重介绍了高浓与局部高浓电解液体系在锂金属二次电池中的应用,同时从基础科学研究和应用研究两个层面对高浓电解液和局部高浓电解液存在的主要问题进行了简要分析,并对其未来发展方向进行了展望。     

高电压锂离子电池用环丁砜基高浓度电解液

本文介绍了一种含双(三氟甲烷磺酰)亚胺锂(Li TFSI)和环丁砜(TMS)的高浓度电解液。采用FT-IR对样品进行结构表征,通过线性扫描伏安法(LSV)和循环伏安法(CV)研究电解液的电化学性能。结果表明,高浓度TMS/Li TFSI(摩尔比2∶1)电解液的电化学和化学稳定性良好,电化学窗口拓宽至5. 02V,可以有效抑制Al箔腐蚀,适用于5V级的镍锰酸锂(Li Ni_(0.5)Mn1. 5O4)正极材料。室温下,基于TMS/Li TFSI高浓度电解液的Li Ni_(0.5)Mn1. 5O4半电池经过大倍率充放电后,0. 1C的比容量基本回复到原始状态;在0. 2C的倍率下实现良好的循环,前25圈的库仑效率大于92%。     

锂离子电池非水电解质锂盐的研究进展

新型电解质锂盐主要包括含螯合硼阴离子、螯合磷阴离子、全氟膦阴离子、烷基磺酸阴离子、全氟烷基、亚胺基的有机锂盐及有机铝酸锂盐.本文综述了近年来在新型电解质锂盐研究与探索方面的成果,介绍了锂离子电池电解质锂盐的合成方法、组成与结构、化学和电化学性能及其与结构的关系,并阐述今后电解质锂盐研究的可能发展方向及研究方法.     

锂离子电池电解质的新型锂盐——双乙二酸硼酸锂

介绍了一种新型锂盐--双乙二酸硼酸锂(LiBOB)的基本性质及制备进展,并重点综述了其在锂电中应用的有关研究,包括基于LiBOB电解液的导电性研究,对负极材料、正极材料的稳定性研究,与其他锂盐在锂离子电池中混合使用的性能研究等.     

新型锂盐Li[CF3BF3]电解液的制备与性能

制备了1种高纯度的新型锂盐三氟甲基三氟硼酸锂(Li[CF3BF3]),通过核磁共振(NMR)、元素分析(EA)及离子色谱(IC)对其结构进行表征和杂质分析.采取示差扫描量热(DSC)、交流阻抗(EIS)、循环伏安(CV)和扫描电镜(SEM)等方法研究了1 mol/L Li[CF3BF3]-EC/EMC/DMC(体积比5∶3∶2)电解液的物化和电化学性质.结果表明,Li[CF3BF3]基电解液的电导率和Li+迁移数远高于LiBF4,氧化电位高达5.91 V(vs.Li+/Li),在镍电极表面能观察到可逆的锂沉积-溶出过程,并对Al箔表现出优良的钝化性能.研究了Li[CF3BF3]基电解液的电导率与温度和浓度、黏度与浓度的变化规律,以及一系列浓度电解液的相变规律.Li/C半电池测试结果表明,—CF3取代LiBF4的1个F原子后,其衍生产物Li[CF3BF3]明显改善了电解液与人造石墨的相容性.     

纳米硅在含添加剂的高浓度电解液中循环特征及其表面协同成膜的研究

本文研究了在LiFSI-(PC)₃高浓度电解液中添加剂对于纳米硅材料的循环性能的影响,采用扫描电子显微镜、傅里叶变换红外光谱和X-射线光电子能谱分析了循环过程纳米硅材料及其电极的结构和表面SEI膜演化的特征. 结果表明,添加剂能够改善纳米硅材料的循环性能,在LiFSI-(PC)₃高浓度电解液中循环300周材料比容量为574.8 mAh·g^-1,而含有3%LiDFOB、3%FEC、3%TMSB的添加剂的高浓度电解液中,比容量分别为1142.9、1863.6和1852.2 mAh·g^-1. 作者分析认为,在LiFSI-(PC)₃浓溶液中LiFSI优先于PC在纳米硅表面发生成膜反应,形成的SEI膜由以无机物主导的内层膜和以有机物主导的外层膜组成,而在含添加剂的高浓度电解液中,添加剂和LiFSI协同参与SEI成膜反应,形成的内层膜能够减缓PC溶剂参与外层的成膜反应,由此形成的SEI膜能够抑制循环过程中SEI膜的过度生长,更好地抑制了纳米硅的粉化,纳米硅材料及其电极结构稳定性更好,材料表现出更好的循环性能.     

新型锂盐LiBC2O4F2在EC＋DMC溶剂中的电化学行为

采用差热-热重(TG-DTA)、恒电流充放电和交流阻抗(EIS)分析了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的热稳定性,研究了LiODFB/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)电解液的电化学性能及界而特征.实验结果表明,LiODFB不仅具有更高的热稳定性,而且在EC+DMC溶剂中具有较好的电化学性能.与使用LiPF6/EC+DMC的电解液相比,锂离子电池应用LiODFB基电解液在55℃的高温具有更好的容量保持能力;以0.5C、1C(1C=250 mA·g-1)倍率循环放电,两种电池间的倍率性能差别较小;LiODFB能够在1.5 V(vs Li/Li+)左右在石墨电极表面还原形成一个优异稳定的保护性固体电解质相界面膜(SEI膜);交流阻抗表明,使用LiODFB基电解液的锂离子电池仅具有稍微增加的界面阻抗.因此LiODFB是一种非常有希望替代LiPF6用作锂离子电池的新盐.     

新型锂盐LiBC2O4F2在EC+DMC溶剂中的电化学行为

采用差热-热重(TG-DTA)、恒电流充放电和交流阻抗(EIS)分析了二氟草酸硼酸锂(LiODFB)的热稳定性, 研究了LiODFB/碳酸乙烯酯(EC)+碳酸二甲酯(DMC)电解液的电化学性能及界面特征. 实验结果表明, LiODFB不仅具有更高的热稳定性, 而且在EC+DMC溶剂中具有较好的电化学性能. 与使用LiPF6/EC+DMC的电解液相比, 锂离子电池应用LiODFB基电解液在55 ℃的高温具有更好的容量保持能力; 以0.5C、1C(1C=250 mA·g-1)倍率循环放电, 两种电池间的倍率性能差别较小; LiODFB能够在1.5 V(vs Li/Li+)左右在石墨电极表面还原形成一个优异稳定的保护性固体电解质相界面膜(SEI膜); 交流阻抗表明, 使用LiODFB基电解液的锂离子电池仅具有稍微增加的界面阻抗. 因此LiODFB是一种非常有希望替代LiPF6用作锂离子电池的新盐.     

锂离子电池高电压和耐燃电解液研究进展

电解液作为锂离子电池的重要组成部分,起着传输离子的作用,电解液的性质对电池的容量、循环性能及安全性能等影响巨大.近年来,随着高电压、高能量密度锂离子电池的开发应用,现有常规碳酸酯电解液存在正极稳定性差、闪点低、易燃烧等问题.因此,发展高电压耐燃电解液是应用高电压高容量正极材料、发展高电压高容量高安全性锂离子电池的迫切需要.主要综述了高电压电解液、耐燃性电解液及兼具抗氧化性和耐燃性的高浓度电解液的研究进展和现状.在此基础上,对锂离子电池新型电解液的发展方向进行了展望.     

高压锂离子电池电解液的研究进展

电极/电解液界面不稳定是高压锂离子电池发展的主要瓶颈.提高界面稳定性是高压锂离子电池得以应用的前提.本文综述了碳酸酯基电解液氧化分解反应机理、新型耐高压溶剂体系和新型成膜添加剂实验与理论的研究进展.     

锂离子电池LiBOB电解质盐研究进展

本文介绍了可用于锂离子电池的新型锂盐--双乙二酸硼酸锂（LiBOB）的基本性质,包括结构组成、合成方法、物理化学性能及其与结构的关系。综述了近年来在LiBOB新型电解质锂盐研究与探索方面的新成果,重点评价了BOB-阴离子对于石墨负极和金属氧化物正极材料表面的电化学性能。讨论了这种盐在锂离子系中杂质和安全性等问题,归纳了其优缺点,指出今后电解质锂盐的研究发展方向。     

A Liquid/Liquid Electrolyte Interface that Inhibits Corrosion and Dendrite Growth of Lithium in Lithium‐Metal Batteries

A proof‐of‐concept study on a liquid/liquid (L/L) two‐phase electrolyte interface is reported by using the polarity difference of solvent for the protection of Li‐metal anode with long‐term operation over 2000 h. The L/L electrolyte interface constructed by non‐polar fluorosilicane (PFTOS) and conventionally polar dimethyl sulfoxide solvents can block direct contact between conventional electrolyte and Li anode, and consequently their side reactions can be significantly eliminated. Moreover, the homogeneous Li‐ion flow and Li‐mass deposition can be realized by the formation of a thin and uniform solid‐electrolyte interphase (SEI) composed of LiF, Li_xC, Li_xSiO_y between PFTOS and Li anode, as well as the super‐wettability state of PFTOS to Li anode, resulting in the suppression of Li dendrite formation. The cycling stability in a lithium–oxygen battery as a model is improved 4 times with the L/L electrolyte interface.     

锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI)研究进展

本文综述了锂离子电池中固体电解质界面膜(SEI膜)的研究进展.在总结SEI膜的形成机理及模型的基础上,讨论了对SEI膜可能的影响因素及其改性方法,以及各种表征技术、特别是原位分析技术在SEI膜研究中的实际应用.指出在今后的研究中,正极表面与电解液间的界面膜,以及引入水溶性粘合剂体系后正负极表面与电解液间的相互作用将成为人们关注的热点。     

锂离子电池有机电解液研究

本文分析了影响有机电解液电导率的主要因素 ;总结了有机电解液的一般特点 ,从有机溶剂和电解质锂盐两个方面介绍了有机电解液的化学和电化学 ;概述了各常用有机溶剂的性质和近年来的研究状况 ;综述了有机电解液在电解质锂盐、有机溶剂和添加剂三个方面的研究进展 .文章最后对有机电解液研究的现状作了简要的评论     

Regulation of Cathode‐Electrolyte Interphase via Electrolyte Additives in Lithium Ion Batteries

As the power supply of the prosperous new energy products, advanced lithium ion batteries (LIBs) are widely applied to portable energy equipment and large‐scale energy storage systems. To broaden the applicable range, considerable endeavours have been devoted towards improving the energy and power density of LIBs. However, the side reaction caused by the close contact between the electrode (particularly the cathode) and the electrolyte leads to capacity decay and structural degradation, which is a tricky problem to be solved. In order to overcome this obstacle, the researchers focused their attention on electrolyte additives. By adding additives to the electrolyte, the construction of a stable cathode‐electrolyte interphase (CEI) between the cathode and the electrolyte has been proven to competently elevate the overall electrochemical performance of LIBs. However, how to choose electrolyte additives that match different cathode systems ideally to achieve stable CEI layer construction and high‐performance LIBs is still in the stage of repeated experiments and exploration. This article specifically introduces the working mechanism of diverse electrolyte additives for forming a stable CEI layer and summarizes the latest research progress in the application of electrolyte additives for LIBs with diverse cathode materials. Finally, we tentatively set forth recommendations on the screening and customization of ideal additives required for the construction of robust CEI layer in LIBs. We believe this minireview will have a certain reference value for the design and construction of stable CEI layer to realize desirable performance of LIBs.     

锂离子聚合物常温固体电解质的研究进展

综述了锂离子电池聚合物常温固体电解质的最新研究进展。主要关注的是电化学性能,尤其是室温下的离子电导率。对性能较好的聚合物固体电解质体系进行了概述。     

力曲线用于硅负极材料表面膜的研究

利用原子力显微镜（AFM）力曲线模式来研究锂离子电池硅负极材料在含碳酸亚乙烯酯添加剂（VC）电解质首周循环时固态电解质相表面膜（SEI膜）的三维结构. 测试表明SEI膜具有多层结构,同时得到SEI膜厚度、杨氏模量以及覆盖度在首周循环过程中的变化,采用三维图呈现了硅材料表面膜的分布.     

锂电池用草酸二氟硼酸锂有机电解液的电化学性能

以草酸锂和三氟化硼乙醚溶液合成了草酸二氟硼酸锂(LiBC₂O₄F₂),并用碳酸二甲酯溶剂萃取和重结晶提纯。LiBC₂O₄F₂有机电解液能在铝箔上形成一层致密的保护膜,这能较好地抑制在高电位时电解液在铝箔上发生氧化反应,而且在很宽的温度范围内LiBC₂O₄F₂基电解液都具有较好的离子电导率。电化学测试结果表明：使用1.0 mol·L^-1 LiBC₂O₄F₂有机电解液的LiMn₂O₄/Li电池首次放电容量为110.2 mAh·g^-1,并且具有比使用LiPF₆有机电解液的LiMn₂O₄/Li电池更好的高低温循环性能和更优良的低温放电性能。     

A Sustainable Solid Electrolyte Interphase for High‐Energy‐Density Lithium Metal Batteries Under Practical Conditions

High‐energy‐density Li metal batteries suffer from a short lifespan under practical conditions, such as limited lithium, high loading cathode, and lean electrolytes, owing to the absence of appropriate solid electrolyte interphase (SEI). Herein, a sustainable SEI was designed rationally by combining fluorinated co‐solvents with sustained‐release additives for practical challenges. The intrinsic uniformity of SEI and the constant supplements of building blocks of SEI jointly afford to sustainable SEI. Specific spatial distributions and abundant heterogeneous grain boundaries of LiF, LiN_xO_y, and Li₂O effectively regulate uniformity of Li deposition. In a Li metal battery with an ultrathin Li anode (33 μm), a high‐loading LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂ cathode (4.4 mAh cm^?2), and lean electrolytes (6.1 g Ah^?1), 83 % of initial capacity retains after 150 cycles. A pouch cell (3.5 Ah) demonstrated a specific energy of 340 Wh kg^?1 for 60 cycles with lean electrolytes (2.3 g Ah^?1).