来自中国的科学家确认,含硼添加剂的电解质可以解决锂金属电池的主要挑战。
以锂金属为阳极的储能设备能达到超过500 Wh/kg的能量密度。然而,中国南开大学的研究团队声称,锂金属电池(LMBs)的实际应用仍然受到锂枝晶形成、循环寿命短和锂的沉积和剥离过程中的库仑效率低等问题的严重限制。
该团队强调,优化电解质配方被认为是应对这些挑战的有效方法,而添加剂工程被视为商业应用中最具性价比的方法之一。
硼添加剂提供多重好处
研究人员指出,硼添加剂为锂金属电池提供了多重好处。他们声称,强烈的电子缺陷可以促进Li2O的溶解,从而减少锂金属阳极的界面电荷转移电阻。
通过溶解CFx孔内的LiF沉积物,硼添加剂可以进一步应用于Li/CFx电池,以提高锂离子扩散系数,从而显著提升放电容量和高倍率性能,研究人员指出。
长循环稳定性
他们还揭示了硼添加剂在阴极界面的氧化分解促进了稳健的阴极电解质界面的形成,这有助于高电压阴极的长循环稳定性。
团队探索了四种不同功能团的硼添加剂作为候选。他们揭示了静电势(ESP)用于寻找最佳阴离子受体,其中三(六氟异丙基)硼酸酯(THFPB)在所有硼吸附剂中具有最高的ESP。
研究团队还揭示,通过光谱表征以及分子动力学(MD)模拟,添加THFPB被证实增强了溶剂化结构中的离子聚集,从而有助于形成更稳健的电解质-电极界面,特别是对于高电压阴极。
“因此,使用薄锂阳极、高负载阴极以及添加0.1 M THFPB的电解质的Li∥LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池在150个循环后保持了80%的容量。这项研究展示了B-ads的多种功能,有效应对了能量密集型电池系统面临的关键挑战,” 研究人员表示。
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