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港科大趙天壽院士團隊Nano Energy：一種輕質(zhì)、低成本局部高濃度電解液

近年來，新興的局部高濃度電解液（LHCEs）具有少鹽用量、低粘度和良好的電極潤濕性等特點，引起了廣泛的研究興趣。然而，到目前為止，開發(fā)既具有優(yōu)異的負極兼容性和高電壓穩(wěn)定性，又具有低密度和低成本以構(gòu)建高比能量電池的LHCE仍然具有挑戰(zhàn)性。

香港科技大學(xué)趙天壽院士、Yiju Li等通過引入一種低成本（~0.385 $ g^-1）、低密度（1.19 g cm^-3）的新型三氟化苯(BTF)稀釋劑，展示了一種高性能醚基LHCE（BTF-LHCE）。

圖1 BTF-LHCE的表征

所得BTF-LHCE是由鋰鹽LiFSI、二甲氧基乙烷(DME)溶劑和BTF稀釋劑組成（5 M LiFSI in DME/BTF (v/v=1:2)）。BTF-LHCE具有良好的潤濕性、高鋰離子遷移數(shù)和高離子電導(dǎo)率，可以在Si和Li負極表面原位形成具有豐富LiF和Li₃N無機成分的薄而堅固SEI層。對于Si負極，在200次循環(huán)中可以實現(xiàn)87.2%的高首效和99.83%的超高平均CE，組裝的Si||NCM622全電池顯示出穩(wěn)定的循環(huán)性能，在0.6 C下循環(huán)100次后容量衰減率低至7%，電池比能量達到257.4 Wh kg^-1。

圖2 對于Si負極的電化學(xué)性能

對于鋰金屬負極，可以獲得超過400次循環(huán)的99.45%超高平均CE（在200-400次循環(huán)數(shù)期間為99.8%），這是迄今為止報道的最佳值之一。得益于BTF-LHCE優(yōu)異的鋰負極兼容性和抗氧化性，組裝的Li||NCM622全電池可以在4.6 V的高截止電壓下循環(huán)，即使在極低N/P比(0.9)和超高質(zhì)量負載NCM622正極(26.5 mg cm^-2)的情況下也能穩(wěn)定運行超過60次循環(huán)。

更令人印象深刻的是，基于BTF-LHCE的Li||NCM622軟包電池原型可以穩(wěn)定循環(huán)并表現(xiàn)出349.4 Wh kg^-1的高電池級能量密度。這項研究為開發(fā)先進的醚基電解液以實現(xiàn)高壓和高比能量電池技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用提供了一種有前景的策略。

圖3 對于鋰負極的電化學(xué)性能

A Lightweight Localized High-Concentration Ether electrolyte for High-Voltage Li-Ion and Li-Metal Batteries. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107102

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