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      我科研人員開發高壓電解液構筑高能量密度鋰電池體系

      發布日期:2022-04-06 信息來源:科技日報

         3月31日,記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉,該研究所先進儲能材料與技術研究組在武建飛研究員的帶領下,近期在高電壓電解液體系開發應用方面取得關鍵性進展,相關研究成果近日發表于國際期刊《化學工程雜志》。

        據介紹,當前鋰離子電池由于其出色的電化學性能已經廣泛應用于電動汽車,正極材料是影響鋰離子電池性能的關鍵因素之一,使用高比能正極材料(如NCM811)以及提高電池工作電壓(>4.2V)是獲得更高能量密度的最有效途徑。然而,傳統的碳酸酯基電解液無法適配高壓電池體系,同時三元正極材料在高電壓下發生各種副反應,最終導致體系劣化、容量衰減。

        記者了解到,該研究團隊開發了一種新型的高壓氟化電解液體系,將NCM811正極材料的工作電壓從4.2V突破性地提高到4.6V,拓展了三元體系的使用上限和應用范圍,解決了兩個重要問題:極大提高了高鎳三元正極體系的比容量和工作電壓,抑制NCM811正極在高電壓下的結構相變、過渡金屬離子溶出以及二次粒子的開裂,降低了極化,從而提高體系的能量密度和循環性能。構建了穩定的CEI和SEI,實現高負載量高鎳三元體系電池在高電壓下的可逆穩定循環。

        武建飛介紹,通過密度泛函理論(DFT)計算系統闡述了該高壓電池體系性能提升的原因。氟取代基(-F)具有很強的吸電子作用,降低了溶劑的最高被占據分子軌道(HOMO),從而提高了電解液的氧化電位。通過在正極表面形成了薄而均勻的富B和富F的無機電解質界面,減少了二次粒子的開裂從而縮小正極和電解液之間的接觸面積,極大地抑制了電接觸不良、副反應以及過渡金屬離子溶出,從而突破了高鎳三元正極在高電壓下容量衰減嚴重等障礙,為設計開發高能量密度鋰離子電池提供了新的思路和途徑。(王健高 劉 佳 高 雪)

                                                                                                                                                                                   [ 責編:蔡琳 ] 

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