宁波大学开发出超低浓度电解液 用于锂离子电池

   2024-04-25 盖世汽车刘丽婷150
核心提示:锂盐使电池功能强大但价格昂贵。基于锂盐LiDFOB的超低浓度电解质可能是一种更经济、更可持续的替代品。据外媒报道,宁波大学和美

锂盐使电池功能强大但价格昂贵。基于锂盐LiDFOB的超低浓度电解质可能是一种更经济、更可持续的替代品。据外媒报道,宁波大学和美国波多黎各大学里约彼德拉斯分校(University of Puerto Rico-Rio Piedras Campus)的研究团队开发出超低浓度电解质,且成功证明使用这些电解质和传统电极的电池具有高性能。此外,电解质可以促进电池的生产和回收。相关研究已发表于期刊《Angewandte Chemie International Edition》。

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图片来源:期刊《Angewandte Chemie International Edition》

锂离子电池(LIB)是智能手机和平板电脑和电动汽车的常用电池,且可以用于发电厂以储存电力。大多数锂离子电池的主要成分是钴酸锂(LCO)阴极、石墨阳极和液体电解质,为解耦的阴极和阳极反应提供移动离子。

这些电解质决定了电极上形成的界面层的特性,从而影响电池循环性能等特性。 然而,商业电解液仍然主要基于30多年前配制的体系:羧酸酯(碳酸酯溶剂)中的1.0至1.2 mol/L六氟磷酸锂(LiPF6)。

在过去的10年里,人们开发出了高浓度电解质(> 3 mol/L),通过有利于形成坚固的无机为主的中间相层来提高电池性能。然而,这些电解液粘度高、润湿能力差、导电性差。

所需的大量锂盐也使其非常昂贵,这锂盐通常是可行性的关键参数。为了降低成本,超低浓度电解质(< 0.3 mol/L)的研究也已开始。这些电解质的缺点是电池比少数盐阴离子分解更多的溶剂,从而导致有机物占主导地位且形成不太稳定的界面层。

研究团队开发出超低浓度电解液,可能适合锂离子电池实际应用:LiDFOB/EC-DMC。LiDFOB(二氟(草酸)硼酸锂)是一种常见的添加剂,比LiPF6便宜得多。EC-DMC(碳酸乙酯/碳酸二甲酯)是一种商业碳酸酯溶剂。

该电解质具有可能破纪录的低盐含量,仅为0.16 mol/L,但具有足够高的离子电导率(4.6 mS/cm)、来运行电池。此外,DFOB-阴离子的特性允许在LCO和石墨电极上形成以无机为主的坚固界面层,从而在半电池和全电池中实现出色的循环稳定性。

目前使用的LiPF6在潮湿的情况下会分解,释放出剧毒且具有腐蚀性的氟化氢气体(HF),而LiDFOB对水和空气稳定。使LiDFOB的LIB可以在环境条件下制造,而不需要严格的干燥室条件,或将节省成本。材料回收也将大大减少问题并带来更多的可持续性。


 
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