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高性能锂金属电池电解液怎么样?

来源:锂电池 | 作者:友创伟业 | 发布时间: 2021-01-04 | 376 次浏览 | 分享到:
锂金属电池理论比容量可达3860mAh/g,电势仅为-3.04V(vs 标准氢电极),并具有非常优异的导电性,是一种理想的高比能锂离子电池负极材料。但是金属锂负极在充电的过程中由于局部极化的原因,会引起锂枝晶的生长,并由此导致库伦效率降低和活性锂的损失,甚至引起安全事故,极大的制约了金属锂负极的应用。
  
金属锂二次电池的设计中,电池的性能高度依赖电解液的数量和充放电电流密度,在电解液数量较少时金属锂负极与NCM正极间的相互作用,会加速电解液在金属锂负极的分解,并形成高阻抗的SEI膜。但是过多的电解液不仅会造成电池能量密度的降低,也会增加电池的成本,因此开发更加稳定的电解液,以减少电解液的用量就显得尤为关键。
 
金属锂负极来自FMC,添加FEC和DFEC的电解液循环性能得到了显著的提升。FEC+DFEC则在300次循环后仍然保持了较好的循环稳定性。循环温度提高到45℃,FEC+DFEC混合溶剂电解液仍然保持了最好的循环性能,
  
采用FEC的电解液的倍率性能要好于DFEC和FEC+DFEC电解液。
 
采用FEC+DFEC混合体系的电解液表现出了更好的循环稳定性,可稳定循环超过250次,电池也没有出现FEC电池那种容量衰降后再恢复的现象。这主要是因为FEC+DFEC的混合电解液体系能够在负极表面形成更为稳定的SEI膜。
 
采用FE+DFEC体系电解液的电池在开始循环时和循环200次后,电池不仅在容量上保持了良好的稳定性,电池的充放电电压也没有出现明显的衰降。
 
在EC基的电解液中,SEI膜的厚度更厚,并且含有较多的类PEO的聚合物成分,这表明在循环过程中EC在金属锂表面的还原聚合,是导致金属锂电池衰降的主要原因。
 
相比于EC溶剂,FEC溶剂中形成的SEI膜除了包含一些有机成分之外,还包含了一些无机成分例如碳酸锂、氟化锂、烷基碳酸锂等成分,这种复合成分的SEI膜不仅赋予了SEI膜的良好的弹性,能够适应金属锂的体积变化,同时也能够让Li+快速穿过SEI膜。
 
采用EC基电解液的金属锂负极表面存在大量的锂枝晶,枝晶大大增加了金属锂负极的表面积,加速了电解液的分解。与之相对的是FEC和DFEC电解液的金属锂负极表面则呈现出片状的金属锂,相比于针状的锂枝晶,电极的比表面积更小,从而有效地改善了电极的循环性能。
 
研究表明,相比于EC基电解液,FEC基和DFEC基电解液能够在金属锂负极表面形成有机、无机成分复合的SEI膜,从而及保证了良好的机械稳定性,也保证了Li+的迁移,从而有效地提升了金属锂电池的循环稳定性。同时FEC+DFEC复合电解液体系在金属锂电池中,DFEC会首先分解形成稳定的SEI膜,减少FEC的分解,剩余的FEC则能够在循环中不断修复SEI膜的损坏,从而进一步提升电池的循环稳定性。
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