物理化学学报 >> 2021, Vol. 37 >> Issue (2): 2008044.doi: 10.3866/PKU.WHXB202008044
所属专题: 金属锂负极
收稿日期:
2020-08-16
录用日期:
2020-09-10
发布日期:
2020-09-16
通讯作者:
钱江锋
E-mail:jfqian@whu.edu.cn
作者简介:
钱江锋,副教授,武汉大学珞珈青年学者,物理化学学报青年编委,2019年度爱思唯尔中国高被引学者(能源领域)。主要从事锂离子电池预锂化技术、金属锂负极枝晶抑制策略、以及储钠电极材料结构设计等方面研究
基金资助:
Chen Wu, Ying Zhou, Xiaolong Zhu, Minzhi Zhan, Hanxi Yang, Jiangfeng Qian()
Received:
2020-08-16
Accepted:
2020-09-10
Published:
2020-09-16
Contact:
Jiangfeng Qian
E-mail:jfqian@whu.edu.cn
About author:
Jiangfeng Qian, Email: jfqian@whu.edu.cnSupported by:
摘要:
锂金属二次电池具有极高的能量密度,是下一代储能电池的研究热点。然而,金属锂负极在传统碳酸酯电解液1 mol·L-1 LiPF6-EC/DEC (ethylene carbonate/diethyl carbonate)中充放电时,存在严重的枝晶生长和循环效率低下等问题,阻碍了其商业化应用。因此,开发与锂负极兼容的新型电解液体系是目前重要的研究任务。与传统稀溶液相比,高浓度电解液体系具有独有的物化性质和优异的界面相容性,并且能有效抑制锂枝晶生长、显著提升锂负极的循环可逆性,因而格外受到关注。本文综述了高浓度电解液及局部高浓电解液体系的最新研究进展,分析了其溶液化学结构和物化性质,对其与锂负极的界面相容性、枝晶抑制效果、效率提升能力及界面稳定性机制进行了探讨;文章着重介绍了高浓与局部高浓电解液体系在锂金属二次电池中的应用,同时从基础科学研究和应用研究两个层面对高浓电解液和局部高浓电解液存在的主要问题进行了简要分析,并对其未来发展方向进行了展望。
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表1
基于高浓度电解液(HCEs)的锂金属电池性能对比表"
Classification | Electrolyte | Li metal batteries | Cycling Performance | Ref. |
ether-based HCE | 7 mol·L-1 LiTFSI /DOL-DME | Li//S | 74% @ 100th | |
4 mol·L-1 LiFSI-DME | Li//Cu | CE = 99.2% for 1000 cycles | ||
3 mol·L-1 LiFNFSI-DOL/DME | Li//LiFePO4 | 98.5% @ 200th | ||
2 mol·L-1 LiDFOB + 2 mol·L-1 LiTFSI -DME | Li//NCM333 | 80% @ 500th | ||
3 mol·L-1 LiTFSI-DME | Li//O2 | cycle life of 40th | ||
ester-based HCE | 10 mol·L-1 LiFSI-EC/DMC | Li//NCM622 | 86% @ 100th | |
7 mol·kg-1 LiFSI-FEC | Li//LiNi0.5Mn1.5O4 | 94.26% @ 150th | ||
4 mol·L-1 LiTFSI+0.5 mol·L-1 LiDFOB-FEC/DMC | Li//LiNi0.5Mn1.5O4 | 88.5% @ 500th | ||
sulfone-based HCE | LiFSI-SL = 1: 2.5 | Li//Cu | CE = 99.2% for 400 cycles | |
4 mol·L-1 LiNO3-DMSO | Li//Cu | CE > 80% for 90 cycles | ||
LiTFSI-DMSO = 1 : 3 | Li//O2 | cycle life of 90th | ||
nitrile-based HCE | LiTFSI-AN = 1 : 2 | Li//Se | 86% @ 200th | |
phosphate-based HCE | LiFSI-TEP = 1 : 1.5 | Li//Cu | CE > 80% for 90 cycles | |
ionic liquid-based HCE | 5 mol·L-1 LiFSI + 0.16 mol·L-1 NaTFSI-[EMIm]FSI | Li//LiCoO2 | 81% @ 1200th |
表2
基于局部高浓度电解液(LHCEs)的锂金属电池性能对比表"
Dilute | Electrolyte | Li metal battery | Cycling Performance | Ref. |
HFE | LiTFSI-G4/HFE(1 : 1 : 4) | Li//S | 85% @ 100th | |
1 mol·L-1 LiPF6 FEC/FEMC/HFE | Li//NMC811 | 90% @ 400th | ||
1 mol·L-1 LiPF6 FEC/FEMC/HFE | Li// LiCoPO4 | 93% @ 1000th | ||
1 mol·L-1 LiPF6 FEC/FEMC/HFE + 2% LiDFOB | Li//LiNiO2 | 80% @ 400th | ||
1 mol·L-1 LiPF6 + 0.02 mol·L-1 LiDFOB-FEC/FDEC/HFE | Li //LiCoMnO4 | 80% @ 1000th | ||
1.2 mol·L-1 LiPF6 FEC/DMC/HFE + 0.15 mol·L-1 LiDFOB | Li//LiCoO2 | 84% @ 300th | ||
1.28 mol·L-1 LiFSI-FEC/FEMC/HFE | Li //NCA | 90% @4 50th (-20 ℃) | ||
BTFE | 1.2 mol·L-1 LiFSI-DMC/BTFE | Li//NCM333 | 80% @ 700th | |
1.2 mol·L-1 LiFSI-TEP/BTFE | Li//NCM622 | 97% @ 600th | ||
TTE | LiFSI-1.2 DME/3TTE | Li//NCM811 | 90% @ 250th | |
LiFSI-3TMS/3TTE | Li//NCM111 | 80% @ 150th | ||
OFE | 1 mol·L-1 LiFSI-95OFE/5DME | Li//S | 60% @ 150th | |
1, 2-dfBen | 2 mol·L-1 LiFSI-DMC/1, 2-dfBen | Li//NCM523 | 82% @ 140th |
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