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浙江大学Liu, Ping:在Li金属阳极上构建高性能固体电解质界面的等离子体耦合电解质添加剂策略

论论资讯 | 2024-06-06 1857热度

Advanced Materials

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Plasma Coupled Electrolyte Additive Strategy for Construction of High-Performance Solid Electrolyte Interphase on Li Metal Anodes

Liu By Ping; Shen Shenghui; Qiu Zhong; Yang Tianqi; Liu Yaning; Su Han; Zhang Yongqi; Li Jingru; Cao Feng; Zhong Yu; Liang Xinqi; Chen Minghua; He Xinping; Xia Yang; Wang Chen; Wan Wangjun; Tu Jiangping; Zhang Wenkui; Xia Xinhui

Published:2024-06-05
DOI:10.1002/adma.202312812

研究背景

随着全球对可再生能源和电动汽车需求的日益增长,高效能的锂金属电池成为研究的热点。然而,锂金属阳极在电池循环过程中的不稳定性和低效能问题,限制了其广泛应用。特别是在构建固体电解质界面(SEI)方面,传统方法难以同时实现高稳定性和优异的电化学性能。

研究内容

本研究在《Advanced materials》杂志上发表,提出了一种创新的等离子体耦合电解质添加剂策略,用于构建高性能的固体电解质界面(SEI)。研究团队选择了二乙基二溴马来酸酯(DB)作为添加剂,通过计算指导优化电解质的溶剂化结构,进而改良SEI。此外,研究还开创性地开发了DB等离子技术,与DB电解质添加剂相结合,构建了一个复合型SEI:内部由LiBr和Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>组成的等离子诱导SEI层,以及外部含有LiBr/Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>/有机锂化合物的高兼容性层。这种优化的混合SEI对Li<sup>+</sup>具有强烈的亲和力,并具有良好的机械性能,从而促进了Li<sup>+</sup>的水平分散和均匀沉积,保持了结构的稳定性。实验结果显示,对称电池在23.8 mV的超电势下,循环稳定性提高至1200小时,平均库仑效率达到99.51%。此外,配备LiNi<sub>0.8</sub>Co<sub>0.1</sub>Mn<sub>0.1</sub>O<sub>2</sub>阴极的全电池在0.5 C下经过300次循环后,容量保持率为81.7%,而袋式电池实现了约664 Wh L<sup>‒1</sup>的体积比能量。

研究意义

本研究的创新点在于首次将等离子技术与电解质添加剂策略结合,有效提升了锂金属阳极的性能和稳定性。这一策略不仅为锂金属电池的进一步发展提供了新的思路,也为其他金属阳极的制造技术提供了新的启示。通过这种等离子体耦合电解质添加剂策略,有望推动锂金属电池在电动汽车和可再生能源存储领域的广泛应用,对推动全球能源转型具有重要意义。 本研究成果不仅在学术界引起广泛关注,也为工业界提供了实用的技术解决方案,预示着锂金属电池技术的未来发展方向。

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