近期,河南大學(xué)材料學(xué)院特種功能材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙勇課題組在鋰金屬電池領(lǐng)域取得新進(jìn)展,相關(guān)成果以“Cationic Size Effect Promoting Dissolution of Nitrate Anion in Ester Electrolyte for Lithium–Metal Batteries”為題,在國(guó)際頂級(jí)期刊《美國(guó)化學(xué)會(huì)能源通訊》(ACS Energy Letters)上發(fā)表。
高容量鋰金屬負(fù)極極具發(fā)展前景,但其與商用碳酸酯基電解質(zhì)產(chǎn)生的固態(tài)電解質(zhì)界面層的鋰離子傳導(dǎo)速率低,造成鋰枝晶不可控生長(zhǎng)和副反應(yīng),嚴(yán)重降低了鋰負(fù)極的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。本研究中,我們發(fā)展了一種“陽(yáng)離子尺寸效應(yīng)”策略,促進(jìn)了NO3-在碳酸酯類電解質(zhì)中的溶解,提升了鋰負(fù)極的庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。通過調(diào)控季銨鹽的陽(yáng)離子尺寸實(shí)現(xiàn)了其電荷局域化狀態(tài)的調(diào)控,從而調(diào)控了陽(yáng)離子與NO3-間的結(jié)合能,實(shí)現(xiàn)了四乙基硝酸銨(TEAN)在碳酸乙烯酯(EC)中的高溶解度(1.8 M)。以四乙基硝酸銨作為碳酸酯類電解質(zhì)的添加劑,在金屬鋰電極/電解質(zhì)界面構(gòu)建了含Li3N的高鋰離子電導(dǎo)率固體電解質(zhì)層,實(shí)現(xiàn)了鋰金屬電極表面鋰的均勻沉積和剝離。最終提升了鋰-銅電池、鋰-鋰對(duì)稱電池、鋰-磷酸鐵鋰電池和鋰-三元鎳鈷錳電池的循環(huán)壽命?!瓣?yáng)離子尺寸效應(yīng)”為電解質(zhì)溶劑化結(jié)構(gòu)調(diào)控促進(jìn)功能性基元在電池中應(yīng)用及電池性能優(yōu)化提供了解決思路(ACS Energy Letters, DOI: 10.1021/acsenergylett.1c02495)。
圖1 利用“陽(yáng)離子尺寸效應(yīng)”溶解NO3-陰離子并在Li電極上形成含Li3N高離子電導(dǎo)率的SEI層示意圖
實(shí)驗(yàn)室博士研究生郭志杰和宋曉勝博士為論文第一作者,趙勇教授為論文通訊作者。本工作得到了中組部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、河南省科技廳、河南省教育廳和河南大學(xué)的大力支持。
論文鏈接:https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsenergylett.1c02495
聲明:化學(xué)加刊發(fā)或者轉(zhuǎn)載此文只是出于傳遞、分享更多信息之目的,并不意味認(rèn)同其觀點(diǎn)或證實(shí)其描述。若有來源標(biāo)注錯(cuò)誤或侵犯了您的合法權(quán)益,請(qǐng)作者持權(quán)屬證明與本網(wǎng)聯(lián)系,我們將及時(shí)更正、刪除,謝謝。 電話:18676881059,郵箱:gongjian@huaxuejia.cn