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环醚基高分子保护皮肤用于抑制锂金属负极的“火爆脾气”

发布时间:2021-05-28人气:
本文摘要:传统化石能源不存在储量受限的危机并且其大量用于对环境造成了极大的毁坏。用于由可再生能源转化成而来的电能以替代传统化石能源已沦为构建人类社会的可持续发展的重要途径之一。锂电池作为高效的能量存储器件早已被普遍用作电动汽车、便携式电子设备、分布式储能器件等。 锂金属具备极高的理论电容量、极低的化学电位、超低的质量密度,因而被当成一种理想的电池负极材料。然而,锂金属负极的“疯狂脾气”使得其实际应用于备受忧虑和诟病。锂/电解液界面因锂金属在液态有机电解液中十分开朗而显得近于不平稳。

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传统化石能源不存在储量受限的危机并且其大量用于对环境造成了极大的毁坏。用于由可再生能源转化成而来的电能以替代传统化石能源已沦为构建人类社会的可持续发展的重要途径之一。锂电池作为高效的能量存储器件早已被普遍用作电动汽车、便携式电子设备、分布式储能器件等。

锂金属具备极高的理论电容量、极低的化学电位、超低的质量密度,因而被当成一种理想的电池负极材料。然而,锂金属负极的“疯狂脾气”使得其实际应用于备受忧虑和诟病。锂/电解液界面因锂金属在液态有机电解液中十分开朗而显得近于不平稳。大量不稳定的电解质界面膜(SolidElectrolyteInterphase,SEI)在锂金属表面构成(放电过程)始又崩解(电池过程),进而所致锂枝晶(Lidendrite)较慢生长。

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充放电一定时间后,构成的枝晶将水落石出隔膜并与负极相连导致短路。短路产生的大量热量点燃电池中的有机电解质,故而引起发生爆炸发生爆炸这种情况在用于碳酸酯类(carbonate)电解液的高电压(4V)锂电池中更容易再次发生。

因此,研发诱导锂枝晶生长的行之有效的方法是保证锂电池可靠性,确保用户人身安全的最重要措施。【成果概述】近日,美国化学会期刊(JACS)在线公开发表了由美国宾州州立大学(PennsylvaniaStateUniversity)DonghaiWang教授(通讯作者)、TomMallouk教授及YueGao(第一作者)等在调控锂金属SEI化学结构和诱导锂枝晶生长的涉及领域获得了最重要突破的一项工作。他们的研究成果以为题“InterfacialChemistryRegulationviaaSkin-GraftingStrategyEnablesHigh-PerformanceLithium-MetalBatteries”的论文公开发表。

在本文中,作者们报导了一种在锂金属表面上覆盖面积一层维护皮肤的策略以平稳锂金属/电解液界面以及调控SEI化学结构和成分。这层保护性皮肤由是一种具备电化学活性的高分子(由凝多环长链构成骨架,其上选育环醚分支,图1)构成。高分子中的环醚部分与锂金属具备强劲亲和性,可确保薄膜在锂金属表面平稳吸附。

同时该部分参予构成SEI膜,提高SEI膜的稳定性。长链骨架使维护皮肤变得坚韧,避免锂枝晶的分解及放血。

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实验结果表明,具备高分子皮肤维护的锂金属负极在充放电循环过程中并未仔细观察到枝晶分解。该标记后的锂负极与磷酸铁锂等负极材料,碳酸乙烯酯等酯类电解质人组可生产高性能、低稳定性的4V锂金属仅有电池。

这种基于锂金属负极表面的维护策略为制取多种具备功能结构的维护皮肤以提高锂金属负极稳定性的策略获取了辽阔的前景。此外,维护皮肤对SEI结构、成分的影响对于SEI理论研究亦有参考价值。


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