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南開(kāi)劉勝AFM:吸附型添加劑助力Li/Li電池穩(wěn)定運(yùn)行4000小時(shí)!

南開(kāi)劉勝AFM:吸附型添加劑助力Li/Li電池穩(wěn)定運(yùn)行4000小時(shí)!
鋰金屬電極由于其低電化學(xué)勢(shì)和超高理論容量而被認(rèn)為是提高下一代二次電池能量密度的絕佳選擇。然而,鋰電極在循環(huán)過(guò)程中存在庫(kù)侖效率(CE)差和鋰沉積不均勻的問(wèn)題,嚴(yán)重限制了其應(yīng)用。
南開(kāi)大學(xué)劉勝等介紹了一種實(shí)用的陰離子表面活性劑全氟(2-甲基-3-氧雜己酸)銨(APFA)作為電解液添加劑來(lái)調(diào)節(jié)鋰的沉積行為。
南開(kāi)劉勝AFM:吸附型添加劑助力Li/Li電池穩(wěn)定運(yùn)行4000小時(shí)!
圖1 a)空白和b)含APFA的電解液中帶負(fù)電鋰電極表面的電場(chǎng)(紅色曲線)和鋰離子分布
與循環(huán)過(guò)程中用于增強(qiáng)SEI的犧牲添加劑不同,全氟(2-甲基-3-氧雜己酸)陰離子(PFA?)主要在一定的電位范圍內(nèi)吸附在Li表面。在沒(méi)有特異性吸附的情況下,離子不能穿透到內(nèi)亥姆霍茲平面(IHP),而只有溶劑分子可以接近IHP,在鋰電極的還原過(guò)程中,外亥姆霍茲平面(OHP)中的鋰離子在長(zhǎng)程靜電力的作用下會(huì)被還原而沉積在電極上。當(dāng)IHP中發(fā)生PFA?陰離子的特定吸附時(shí),過(guò)量的鋰離子將進(jìn)入OHP,以部分抵消這些特定吸附陰離子提供的多余電荷。
此外,研究顯示,這些PFA?陰離子的特定吸附會(huì)導(dǎo)致分散層電位(ψ1)的負(fù)移,根據(jù)ψ1效應(yīng),ψ1的負(fù)移和致密層中Li+濃度的增加表明Li+的陰極動(dòng)力學(xué)加速。結(jié)果,可以在ψ1效應(yīng)下獲得致密且均勻的鋰沉積形態(tài)。因此,APFA 可提高鋰電極的穩(wěn)定性。
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圖2 對(duì)稱電池性能
研究顯示,可以在ψ1效應(yīng)下獲得致密且均勻的鋰沉積形態(tài),采用含APFA的電解液的Li/Li對(duì)稱電池可以運(yùn)行超過(guò)4000小時(shí),并具有出色的穩(wěn)定性和低極化。
此外,基于APFA的Li/Li4Ti5O12全電池也顯示出延長(zhǎng)的循環(huán)壽命,經(jīng)過(guò)500圈循環(huán)后可保持160 mAh g?1的容量和高CE。這項(xiàng)工作為制造用于高能量密度二次電池的穩(wěn)定鋰負(fù)極提供了一種簡(jiǎn)便且有前景的策略。
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圖3 全電池性能
Specific Adsorption Reinforced Interface Enabling Stable Lithium Metal Electrode. Advanced Functional Materials 2022. DOI:10.1002/adfm.202112005

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