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上海平博地址锂金属电池负极界面改性研究中取得系列进展
2019-06-11 14:39:27 | 【 【打印】【封闭】

  金属锂具有极高的理论比容量与极低的氧化又一次原电位, 无望成为下一代负极材料。当其与转换反映型硫基和氟基正极婚配时,无望获得能量密度高达500- 900 Wh kg-1锂金属电池(LMBs)。然而,负极端锂枝晶的成长延伸容易导致锂金属电池轮回不变性变差,且具有电池短路的平安风险;挤压出来的锂枝晶也有可能粉碎固态电解质界面(SEI)层或构成“死锂”,跟着锂金属负极比概况积和孔隙率的添加,电解液的耗损加剧,同时SEI累积变厚而构成电极钝化。这些晦气要素会导致电池阻抗和过电势添加,惹起库仑效率(CE)的下降和波动,严峻限制了锂金属电池的成长。经由添加低含量电解液添加剂来调理SEI组分,是一种简单无效的加强SEI膜、改善负极界面从而延缓锂枝晶成长的策略,而SEI的加强成果取决于添加剂与又一次原性Li概况的降解反映过程。 

  针对单一无机成分的SEI层柔韧性较差以及现有无机无机杂化SEI层的建立操作复杂的难题,中国科学院上海平博研究所李驰麟研究员团队提出了一种简练无效的界面原位催化嫁接策略,完成了锂金属电池负极的高效不变和枝晶遏止。相关研究颁发在Wiley旗下出名刊物Advanced Functional Materials上(2019, 1902220DOI:10.1002/adfm.201902220)。 

  在该工作中,研究团队经由将-OCH3基团封端的液体聚二甲基硅氧烷(PDMS-OCH3)作为可嫁接添加剂,经由电化学势和电场传染感动完成其在锂金属概况的“接枝”和“碎片”反映。锂金属概况天然具有的Li2OLiOH薄层“皮肤”,在电荷转移传染感动下,可催化激活PDMS-OCH3 的解离反映,分裂后的大分子可嫁接到锂金属概况,同时更小的分子可密化成无机的LixSiOy快离子导体。多么的无机-无机杂化界面相(即接枝SEI)在电化学过程中被注入的高浓度LiF进一步加强。LiFLixSiOy的硬无机成分组合可供给快离子通道和界面,完成离子流的均化效应,起到障碍锂枝晶成长的樊篱传染感动;而软的PDMS分支则可加强整个SEI的柔韧性缓和冲成果。将液体的PDMS-OCH3作为碳酸酯系统的添加剂,其嫁接庇护下的负极可付与Li|Li 对称电池长达1800 h的不变轮回,同时完成25 mV摆布的小电位极化。Li|Cu非对称电池在大电流密度和高脸蛋量的前提下仍可完成高达97%的库伦效率。在锂金属致密化和SEI不变化方面,液态PDMS添加剂具有比其他嫁接才能弱的固体硅氧烷添加剂更显著的劣势。 

  近期,李驰麟研究员团队针对锂金属电池负极界面改性研究已取得系列进展,出格提出了功能添加/填充剂和保形包覆手段来设想不变的人工SEI层,如率先提出二维碳氮聚合物(C3N4)加强电解质遏止锂枝晶成长的策略(ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 11615),提出多孔镁金属收集原位镀层以不变锂负极可逆轮回的手段(ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 12678),率先提出一类富锂氟基开框架固态电解质高离子导电率的完成路子及其对锂离子流的均化效应(Energy Storage Mater. 201814100; ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 34322),提出金属无机框架(MOF)固体添加剂触发高浓度LiF 原位注入 Zr-o-CSEI的复合加强策略(ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 3869),提出丝胶蛋白保形包覆完成空气不变锂金属负极和高倍率Li-S电池的方式(J. Power Sources 2019, 419, 72),提出可诱导锂金属保形共轴堆积的合金三维骨架建筑(ACS Appl. Energy Mater. 2019, DOI: 10.1021/acsaem.9b00573)。     

  以上系列研究工作获得国度重点研发筹算、国度天然科学基金等项方针赞助和支撑。      

  文章链接: 

  https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.201902220 

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.7b00478 

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b00989 

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b12579 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829718300618 

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b17924 

  https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378775319301508 

  https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsaem.9b00573    

液态聚二甲基硅氧烷的界面原位催化嫁接以完成无枝晶的锂电镀和高可逆的锂金属电池

 

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