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一种新型自清洁盐分子可提高锂金属电池的性能

锂(Li)金属电池是包含金属锂阳极的电池,目前用于为各种电子设备供电。这些电池大多数含有碳酸盐基电解质,无法钝化锂阳极的腐蚀,导致枝晶大量生长并限制电池的循环寿命。

清华大学等国内研究机构的研究人员最近设计了一种新型不对称锂盐1,1,1-三氟-N-[2-[2-(2-甲氧基乙氧基)乙氧基)]乙基]甲磺酰胺锂(LiFEA),类醚分子几何形状可以提高锂金属电池的性能。这种盐是在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中介绍的,它可以实现一种自清洁机制,可以清洁固体电解质界面(SEI),这是一种随着电解质分解而在锂基阳极表面形成的保护层。

“锂金属电池因其高能量密度而被认为是下一代电池,”进行这项研究的研究人员之一刘凯告诉TechXplore。“然而,传统碳酸盐电解质中锂金属电极上形成的富含有机物的固体电解质界面无法钝化电极表面以防止锂腐蚀,因此电池的寿命、功率和安全性受到严重限制。我们设计了一种新型锂盐分子具有新颖的自清洁能力,可以去除界面中的有机成分,从而使碳酸盐电解质具有高功率和长寿命的性能。”

LiFEA是刘和他的同事创造的新型锂盐,具有特有的假冠、类醚和折叠分子几何形状。这种独特的几何形状促进了富含无机材料的SEI的形成,该材料与锂金属阳极高度兼容。

该盐是通过用乙二醇基链取代常用锂盐的特定成分而合成的。在最初的测试中,研究人员发现,他们将盐添加到电解质中促进了最初形成的SEI的溶解,使其速度加快了三倍。

光谱测量表明,盐可以通过促使SEI“自我清洁”来减缓阳极的腐蚀和枝晶的生长。研究小组发现,这可以显着提高锂金属电池的性能,提高其功率密度和循环稳定性。

刘说:“我们设计的新型锂盐可以自折叠形成独特的二级结构,这带来了电池界面新的自清洁机制,大大提高了电池性能。”

到目前为止,研究人员在电池中引入了他们的新型锂盐,发现它们的性能非常好。具体而言,310Whkg-1的软包电池在6.59mAcm-2的放电电流密度下实现了~410Wkg-1的功率密度。

此外,在快速循环条件下(充电:1.46mAcm-2,放电:3.66mAcm-2)100次循环后,这些电池保留了81%的容量。未来,这项最新工作可能有助于快速循环和高能锂金属电池的制造,其应用范围广泛,包括电动汽车(EV)。

“我们相信我们的工作将提高电池的能量密度和功率密度,”刘补充道。“换句话来说,未来电动汽车可能充电更快、加速更快、行驶距离更长。我们现在将重点改进分子结构,进一步提高其在工业大尺寸电池上的性能。”

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