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港城大AEM:全氟化電解液助力雙離子電池5000次循環!

港城大AEM:全氟化電解液助力雙離子電池5000次循環!
雙離子電池(DIB)是一種很有前途的儲能系統,其具有高功率特性和快速充電能力。然而,常規電解液與高壓石墨正極和活性鋰金屬負極不兼容,從而導致DIB循環穩定性差和庫侖效率低。
香港城市大學Denis Y. W. Yu等報道了一種全氟化電解液(1 m LiPF6-FEC/FEMC),它可以通過在兩個電極上形成堅固且低電阻的鈍化膜來減少副反應,從而使石墨||Li DIB在高達5.2 V的電壓下高度穩定地運行。

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圖1. 理論計算
一方面FEMC在石墨正極表面可形成穩定的CEI,以防止其與電解液發生進一步反應。另一方面,FEC共溶劑在鋰金屬上形成保護性SEI,穩定負極。FEC/FEMC電解液的協同效應使石墨||Li電池中的PF6嵌入/脫出和鋰離子沉積/剝離過程可逆且高效,電池壽命達到5000次循環,容量保持率為94.5%,平均庫倫效率為≈99.2%,這是DIB有史以來報告的最佳循環性能之一。

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圖2. 石墨||Li電池的電化學性能
此外,該電解液體系還允許低溫應用DIB,這從0 °C (5 C)下3000多次循環后≈100%容量保持率中得到證明。同時,正極和負極上的界面層對離子傳輸具有很高的導電性,電壓極化較小,因此能夠在50C時以91.8%的容量利用率進行超快充電。
此外,使用氟化電解液還可以抑制電解液分解和自放電。這項工作在增加鹽濃度外,提供了一種新型穩定高壓陰離子嵌入反應的替代方法,這為DIB和其他具有大電壓范圍的電池系統的電解液配方的進一步設計提供了指導。

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圖3. CEI分析
An All-Fluorinated Electrolyte Toward High Voltage and Long Cycle Performance Dual-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103360

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