【儀表網 研發(fā)快訊】在儲能設備日益復雜的應用場景和全球頻繁發(fā)生的極端高溫氣候條件下，使用有機液體電解液的鋰金屬電池在高溫場景下(>60℃)極易發(fā)生失效，包括副反應加劇、電極-電解質界面層破裂、正極材料損壞等，且低沸點有機溶劑的揮發(fā)性和易燃性嚴重增加了安全風險，因此亟需為鋰電池量身定制先進的高溫電解質。
清華大學化工系副教授劉凱和副研究員陳翔合作，報道了一種具有高固有熱穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性的無溶劑熔融鹽電解質，由堿金屬陽離子和氟化磺酰亞胺陰離子組成，表現出優(yōu)異的鋰離子傳輸動力學，包括低活化能、高鋰離子電導率和高遷移數，揭示了強的陽離子-陽離子(Li+-Cs+)協同效應促進了鋰離子在熔融鹽電解質中的擴散行為，可滿足高溫鋰金屬的應用需求。
圖1.一種用于高溫鋰金屬電池的無溶劑熔融鹽電解質，具有增強的Li+傳輸動力學。陽離子協同效應和富含無機的固態(tài)電解質界面賦予了其快充性能和長期循環(huán)穩(wěn)定性。
圖2.使用熔鹽電解質的鋰金屬電池的電化學性能
在80℃高溫條件下，應用該熔融鹽電解質的鋰-銅(Li-Cu)電池在500圈內實現了98.8%的庫侖效率，鋰金屬半電池在10℃下仍能釋放出超過100 mAh g−1的容量，鋰金屬全電池循環(huán)280圈后，容量保持率75%，該工作為下一代高溫電池的先進電解質設計提供了新的見解。
相關研究成果以“鋰金屬電池的具有高固有熱穩(wěn)定性和電化學穩(wěn)定性的無溶劑熔融鹽電解質”(Molten salt electrolytes with enhanced Li+-transport kinetics for fast-cycling of high-temperature lithium metal batteries)為題，于1月7日發(fā)表于《能源與環(huán)境科學》(Energy & Environmental Science)。
清華大學化工系2020級博士生閆帥帥、姚楠為論文第一作者。劉凱和陳翔為論文通訊作者，合作者還包括化工系教授張強等。研究得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等的支持。
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