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簡述高性能鋰金屬電池電解液

鉅大鋰電  |  點擊量:0  |  2020年11月18日  

金屬鋰二次電池的設計中,電池的性能高度依賴電解液的數量和充放電電流密度,在電解液數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,因此開發更加穩定的電解液,以減少電解液的用量就顯得尤為關鍵。


金屬鋰負極來自FMC,添加FEC和DFEC的電解液循環性能得到了顯著的提升。FEC+DFEC則在300次循環后仍然保持了較好的循環穩定性。循環溫度提高到45℃,FEC+DFEC混合溶劑電解液仍然保持了最好的循環性能,


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出了更好的循環穩定性,可穩定循環超過250次,電池也沒有出現FEC電池那種容量衰降后再恢復的現象。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定的SEI膜。


采用FE+DFEC體系電解液的電池在開始循環時和循環200次后,電池不僅在容量上保持了良好的穩定性,電池的充放電電壓也沒有出現明顯的衰降。


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,FEC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性能。


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