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新型高浓度高安全性锂离子电池电解液

2018-08-02 13:34 浏览

  非水电解质由于具有宽的电化学窗口和优异的电化学性能,在锂离子电池中得到了广泛应用。然而非水电解质具有高的可燃性和挥发性,可能引起锂离子电池出现起火、爆炸等安全问题。为了克服电解质易燃问题,传统的做法是在非水电解质中添加阻燃剂,但是这些阻燃剂会在负极表面发生强烈的氧化还原反应,严重恶化电池性能。近日,合肥工业大学项宏发教授团队研发出的新型高浓度不燃电解液,弥补了上述缺陷。

  这种新型的电解液采用磷酸三甲酯(TMP)为溶剂,双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)为溶质,能够完全不燃(图1),因此大大提高了电池的安全性。同时在高浓度下(5 mol/L),电解液中大部分TMP溶剂分子和Li+配位,形成特殊的溶剂化结构,这使得溶剂分子与负极之间的副反应减少了。当这种电解液应用于三元-石墨锂离子电池时,抑制了因TMP共嵌入引起的石墨剥离。同时与传统的碳酸酯电解液相比,具有更好的循环性能(图2)。此外,这种高浓度电解液的特殊溶剂化结构还能够有效抑制锂枝晶(图3),应用于三元锂金属电池时,也具有很好的循环性能。

 图1 M LiFSI/TMP电解液和1 M LiPF6/EC-DEC电解液的燃烧试验

 图2 M LiFSI/TMP电解液和1 M LiPF6/EC-DEC电解液在三元/石墨全电池中的电化学性能

 图3 M LiFSI/TMP电解液和1 M LiPF6/EC-DEC电解液在三元锂金属电池中的电化学性能

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