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基于高浓度电解液策略的高能量密度双离子电池

锂离子电池由于能量密度高、循环寿命长、无记忆效应等优点,目前已广泛应用于便携式电子设备、电动乘用工具等领域。然而,由于钴等过渡金属资源储量有限且分布不均,传统锂离子电池越来越难以满足日益增长的规模化储能需求。因此,发展高效低成本储能器件具有重要意义。


双离子电池(DIB)通常采用石墨作为正极,具有电压高、成本低、环境友好等优点,在规模化储能领域具有广阔的应用前景。与传统锂离子电池的“摇椅式”工作原理不同,双离子电池电解液中的阴、阳离子同时参与到充放电过程。作为活性离子来源,电解液对DIB的电化学性能包括容量、循环寿命、能量密度等具有决定性的影响。然而,传统双离子电池电解液体系浓度有限,造成电解液的体积/质量占比大,极大的限制了DIB能量密度的进一步提升。此外,低浓度电解液氧化还原稳定性不足,导致DIB循环稳定性差。


鉴于此,中国科学院深圳先进技术研究院唐永炳研究员(点击查看介绍)团队联合重庆理工大学周志明教授(点击查看介绍)团队,采用高浓度电解液策略显著提升了双离子电池的能量密度及循环稳定性。在考察了不同溶剂与电解质锂盐的匹配行为后,成功开发出具有7.5 m高浓度的LiFS/EC:DMC电解液体系。与低浓度体系相比,该高浓度电解液表现出明显的优势:阴离子插层石墨正极的插层容量以及循环稳定性得到了明显提升;改善了金属铝箔负极在充放电过程中的结构稳定性;显著提升了电池的能量密度。基于上述高浓度电解液,作为概念验证的双离子电池在200 mA g-1的电流密度下,放电容量为94.0 mAh g-1;且经过500次循环后,容量保持率达到96.8%。此外,同时考虑电极材料和电解液质量的情况下,DIB能量密度达到~180 Wh kg-1。该工作对于进一步发展高效低成本双离子电池具有重要指导意义。

图1.(a)溶剂、LiFSI锂盐以及电解液的图片;(b)LSV测试结果比较;(c)阴离子插层石墨正极的原位XRD;(d)DIB在长循环过程中的放电中值电压;(e)能量密度比较。


这一成果近期发表在Angewandte Chemie International Edition 上,第一作者为中国科学院深圳先进技术研究院硕士研究生向立欧学武博士。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Highly Concentrated Electrolyte towards Enhanced Energy Density and Cycling Life of Dual-Ion Battery

Li Xiang, Xuewu Ou, Xingyong Wang, Zhiming Zhou, Xiang Li, Yongbing Tang

Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202006595


导师介绍

唐永炳

https://www.x-mol.com/university/faculty/73374

周志明

https://www.x-mol.com/university/faculty/57457


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