北理吴锋院士高洪才团队: 单一添加剂提升界面 ⇨ 高能量密度锂电池

文摘   2024-10-23 14:56   英国  

研究背景

近年来,随着便携式电子设备和电动汽车 (EVs) 的快速增长,对高能量密度和优异安全性能的可充电电池的需求显著增加。
锂金属电池 (LMB) 由于具有较高的理论比容量和极低的氧化还原电位,有望广泛应用于各个领域。但是,传统电解质的循环稳定性较差,导致无法形成稳定的电极/电解质钝化层,从而限制了 LMB 的进一步发展。
已经应用了各种方法来提高电池容量保持率,在电解质中添加添加剂是一种关键的改进方法。这种方法可以改变电极/电解质界面层的结构,形成更稳定的界面,同时减少电解液的持续分解和对电极材料的进一步破坏。

研究内容

近日,北京理工大学吴锋院士高洪才教授带领研究团队采用丁二腈(SN)作为一种有效的和结构简单的多功能添加剂。添加剂的引入可以参与 CEI 层的构建,形成更均匀、更薄、更强的 CEI 层,并能提高 Li⁺ 的透射率,同时有效抑制富镍阴极在循环过程中的溶解损失。

该工作探究出 SN 可以增强电解液对富镍阴极的渗透,同时使 Li⁺ 离子更容易脱离,从而使 Li|NCM811 电池具有更高的倍率容量。在阴极表面形成均匀、稳定、薄的 CEI 层,大大减少了富镍阴极在充放电过程中的不可逆相变,同时抑制了电解液的分解和过渡金属的溶解。此外,在阳极表面形成稳定的 SEI 层,有效地稳定了电极/电解质界面。

这项工作为通过单一电解质添加剂提高阴极/电解质界面和阳极/电解质界面的性能提供了一种有效的方法。该成果以“Simultaneous modulation of cathode/anode and electrolyte interfaces via a nitrile additive for high-energy-density lithium-metal batteries” 为题,发表在英国皇家化学会期刊 Chemical Science 上。

论文信息

  • Simultaneous modulation of cathode/anode and electrolyte interfaces via a nitrile additive for highenergy-density lithium-metal batteries
    Ziye Wang, Yingshuai Wang, Yuhang Xin, Qingbo Zhou, Xiangyu Ding, Lei Liu, Tinglu Song, Feng Wu, Zhongbao Wei*, and Hongcai Gao*高洪才,北京理工大学)
    Chem. Sci., 2024, 15, 15432-15439
    https://doi.org
    /10.1039/D4SC04122D

作者简介

王子夜 硕士研究生
北京理工大学

本文第一作者,北京理工大学材料科学与工程学院硕士研究生,导师为高洪才教授。于 2022 年获得中国海洋大学学士学位。主要研究方向为锂离子电池、锂金属电池、固态电池等电化学储能系统的高性能电解质材料设计。







高洪才 教授
北京理工大学
本文通讯作者,北京理工大学材料学院教授、博士生导师,北京理工大学特立青年学者。主要从事动力电池和储能电池关键材料与技术的研究,主要研究方向为锂离子电池、钠离子电池和固态电池等电池体系关键材料与技术。承担国家海外高层次人才引进计划青年项目、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、重庆市自然科学基金等科研项目。担任多个学术期刊的编委或青年编委。

期刊介绍

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rsc.li/chemical-science

Chem. Sci.

2-年影响因子*7.6
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JCR 分区*Q1 化学-综合
CiteScore 分14.4
中位一审周期33 


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* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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