鉅大LARGE | 點擊量:1107次 | 2020年11月18日
簡述高性能鋰金屬電池電解液
金屬鋰二次電池的設(shè)計中,電池的性能高度依賴電解液的數(shù)量和充放電電流密度,在電解液數(shù)量較少時金屬鋰負極與NCM正極間的相互用途,會加速電解液在金屬鋰負極的分解,并形成高阻抗的SEI膜。但是過多的電解液不僅會造成電池能量密度的降低,也會新增電池的成本,因此開發(fā)更加穩(wěn)定的電解液,以減少電解液的用量就顯得尤為關(guān)鍵。
金屬鋰負極來自FMC,添加FEC和DFEC的電解液循環(huán)性能得到了顯著的提升。FEC+DFEC則在300次循環(huán)后仍然保持了較好的循環(huán)穩(wěn)定性。循環(huán)溫度提高到45℃,F(xiàn)EC+DFEC混合溶劑電解液仍然保持了最好的循環(huán)性能,
采用FEC的電解液的倍率性能要好于DFEC和FEC+DFEC電解液。
采用FEC+DFEC混合體系的電解液表現(xiàn)出了更好的循環(huán)穩(wěn)定性,可穩(wěn)定循環(huán)超過250次,電池也沒有出現(xiàn)FEC電池那種容量衰降后再恢復的現(xiàn)象。這重要是因為FEC+DFEC的混合電解液體系能夠在負極表面形成更為穩(wěn)定的SEI膜。
采用FE+DFEC體系電解液的電池在開始循環(huán)時和循環(huán)200次后,電池不僅在容量上保持了良好的穩(wěn)定性,電池的充放電電壓也沒有出現(xiàn)明顯的衰降。
在EC基的電解液中,SEI膜的厚度更厚,并且含有較多的類PEO的聚合物成分,這表明在循環(huán)過程中EC在金屬鋰表面的還原聚合,是導致金屬鋰離子電池衰降的重要原因。
相比于EC溶劑,F(xiàn)EC溶劑中形成的SEI膜除了包含一些有機成分之外,還包含了一些無機成分例如碳酸鋰、氟化鋰、烷基碳酸鋰等成分,這種復合成分的SEI膜不僅賦予了SEI膜的良好的彈性,能夠適應金屬鋰的體積變化,同時也能夠讓Li+快速穿過SEI膜。
采用EC基電解液的金屬鋰負極表面存在大量的鋰枝晶,枝晶大大新增了金屬鋰負極的表面積,加速了電解液的分解。與之相對的是FEC和DFEC電解液的金屬鋰負極表面則呈現(xiàn)出片狀的金屬鋰,相比于針狀的鋰枝晶,電極的比表面積更小,從而有效地改善了電極的循環(huán)性能。