據外媒報道，中國研究人員開發(fā)出一種用于超高壓鋰金屬電池的耐高壓HV電解液。據悉，Li||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)電池可在零下30℃至70℃的寬工作溫度范圍內工作，且分別在4.7 V和4.8 V的超高截止電壓下循環(huán)160次和100次后，新電解質的循環(huán)后容量保持率分別為95.1%和85.7%。
具有薄(50 μm)鋰金屬陽極和貧電解質的Li||NCM811電池在150次循環(huán)后容量保持率為89.2%，因此在高能量密度電池的實際應用中具有很高的潛力。
隨著電動汽車、儲能和便攜式電子產品對高能量密度(≥350 Wh kg-1)可充電電池的需求不斷增加，開發(fā)新型電化學系統(tǒng)對于克服商用鋰離子電池(LIBs)的缺陷非常有必要，盡管極具挑戰(zhàn)。由于能量密度與比容量和工作電位高度相關，因此增加電極容量和/或提高工作電壓是獲得具有更高能量密度的可充電電池的最有希望的策略。
在陽極方面，鋰金屬具有超高比容量(3860 mAh g-1)和超低氧化還原電位(-3.04 V vs標準氫電極)，是替代商業(yè)石墨(372 mAh g-1)的理想陽極之一。在陰極方面，通過提高主流陰極材料(如LiNixCoyMnzO2，x+y+z=1)的截止電壓(> 4.5 V)，以及開發(fā)新型材料，如富鋰層氧化物和具有改進容量(> 250 mAh g-1)的高電壓尖晶石氧化物，均可顯著提高能量密度。
然而，與開發(fā)新型材料相比，提高商用陰極的截止電壓更容易且更有效。因此，開發(fā)高壓鋰金屬電池(LMB)近日引發(fā)了廣大關注。然而，商用碳酸亞乙酯(EC)基電解質與超高壓下的陰極和鋰金屬陽極的相容性較差。
例如，隨著鎳含量的增加，富鎳層氧化物(如LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811))表現出更嚴重的結構不穩(wěn)定性，包括過渡金屬溶解、相變和離子混合，尤其是在超高電壓下。高壓下陰極表面的腐蝕性Ni4+與EC基電解質發(fā)生反應，導致陰極-電解質界面(CEI)變得不穩(wěn)定和產生過度生長，從而導致陰極性能穩(wěn)步下降。 同時，基于EC的電解質容易在鋰金屬上被還原，導致形成不均勻且不穩(wěn)定的固體電解質界面(SEI)，從而導致鋰枝晶的形成、容量衰減和低庫侖效率(CE)。
研究人員的HV電解質由1 M LiPF6在氟亞乙基碳酸酯(FEC)和雙(2,2,2-三氟乙基)碳酸酯(BTC)的混合物中組成，由商用EC基電解質中的溶劑氟化產生。
與基礎電解質(1M LiPF6在EC和碳酸二乙酯(DEC)的混合物中)相比，HV電解質對陰極表現出更好的氧化穩(wěn)定性，與鋰金屬陽極的相容性更好，并且在高壓LMB中具有優(yōu)異的電化學動力學。HV電解質中的溶劑很容易在鋰金屬負極上被還原，形成富含LiF的SEI，從而抑制鋰枝晶的形成。。
該HV電解液不易燃，因此可保證在高溫下的穩(wěn)定性和實際使用中的安全性。
