欧美性猛交xxxx免费看_牛牛在线视频国产免费_天堂草原电视剧在线观看免费_国产粉嫩高清在线观看_国产欧美日本亚洲精品一5区

0
  • 聊天消息
  • 系統(tǒng)消息
  • 評論與回復
登錄后你可以
  • 下載海量資料
  • 學習在線課程
  • 觀看技術視頻
  • 寫文章/發(fā)帖/加入社區(qū)
會員中心
創(chuàng)作中心

完善資料讓更多小伙伴認識你,還能領取20積分哦,立即完善>

3天內不再提示

直接調控Li+溶劑化結構的全氟化碳酸酯類電解液

鋰電聯(lián)盟會長 ? 來源:能源學人 ? 2023-02-24 09:16 ? 次閱讀

【研究背景】

鋰金屬陽極作為鋰離子電池中石墨陽極(理論容量為372 mAh g-1)的理想替代品,正經(jīng)歷著飛速的發(fā)展。鋰金屬具有低的電極電位和超高的理論比容量(3860 mAh g-1)等優(yōu)點,有望打破鋰離子電池中電流的束縛,滿足日益增長的高能量密度電源的需求。

然而,高活性鋰金屬不可避免地與電解液發(fā)生副反應,并形成脆弱的固體電解質界面相(SEI),導致鋰反復的電鍍/剝離過程中,鋰金屬陽極發(fā)生不可控的鋰枝晶生長,電解液不斷消耗,鋰陽極體積膨脹。這些問題影響了鋰金屬電池的庫倫效率和循環(huán)壽命,進一步影響鋰金屬電池的實際應用。

針對上述問題,業(yè)界提出電解液工程,其主要目標是開發(fā)具有高濃度、粘度、不可燃性以及氧化穩(wěn)定性等優(yōu)點的新型電解液體系。在電解液工程中,必須優(yōu)先考慮的鋰離子的溶劑化結構,其主要來自于偶極子-偶極子、陽離子-偶極子和陽離子-陰離子的競爭性相互作用,這與鋰金屬電池的陽極/陰極界面質量、鋰離子通量和循環(huán)穩(wěn)定性密切相關。

目前,主流的策略是通過引入更多陰離子來降低鋰離子溶劑化結構中的溶劑/陰離子比,從而削弱了Li+-偶極子相互作用。然而,添加更多的陰離子意味著鹽的濃度或種類的增加,這或多或少會在成本、粘度和界面化學方面產(chǎn)生一些負面影響。因此,利用理論計算方法尋找合適的溶劑分子,設計電解液體系來直接調控Li+溶劑化結構是很有意義的課題。

【工作介紹】

近日,武漢大學趙焱教授課題組利用DFT方法計算了氟化溶劑的HOMO/LUMO能量,篩選了具有高HOMO/LUMO能量的氟化碳酸酯溶劑:乙基三氟乙基碳酸酯(ETFEC)和氟代碳酸乙烯酯(FEC),并與常規(guī)碳酸酯溶劑(EC和DEC)選擇性組合配置不同氟化程度的電解液。

通過分子動力學模擬發(fā)現(xiàn),全氟化碳酸酯類電解液可以直接調控Li+溶劑化結構,降低溶劑與Li+的配位數(shù),增加陰極與Li+的配位數(shù)。而且,在全氟化電解液中,快速Li+脫溶誘導了穩(wěn)定且富含LiF界面相生成,有效抑制了鋰枝晶的生長。因此Li||Cu非對稱電池獲得平均98.3%的高庫倫效率和優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

Li||NCM811電池在高電壓下保持了72.3%的初始容量和99.8%的平均庫倫效率。這項工作為構建高性能鋰金屬電池的理想界面化學提供了一種Li+溶劑化結構直接調控的策略。該文章發(fā)表在國際權威期刊Energy Storage Materials上。博士生張文娜、楊桐為本文第一作者。

【內容表述】

1. 電解液的設計和溶劑化結構

8e2d3ff0-b3df-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

圖1 (a)溶劑結構和計算的HOMO/LUMO能量;(b)不同電解液在不銹鋼電極上測試的CVs;(c)使用不同電解液組裝的Li||Cu電池測試的LSV曲線;(d)DFT計算得到的Li+與溶劑的結合能;(e-g)不同電解液的分子動力學模擬得到的Li+徑向分布函數(shù)和代表性溶劑化結構(插圖);(h)三種電解液、溶劑和LiPF6的FTIR光譜。

采用DFT方法計算氟化碳酸鹽基溶劑(FEC和ETFEC)和常規(guī)碳酸鹽基溶劑(EC和DEC)的HOMO/LUMO能量。結果顯示溶劑被氟化后,其HOMO/LUMO能量值明顯降低,其HOMO-LUMO gap變大,表明氟化溶劑具有良好的抗氧化性且易被還原,形成高質量的SEI。根據(jù)氟化程度的不同配制得到三種電解液:非氟(ED)、半氟(FD)和全氟化電解液(FE)。

使用循環(huán)伏安法探究電解液體系中氟化程度對氧化穩(wěn)定性的影響,結果顯示全氟化電解液的氧化行為被明顯抑制,進一步表明氟化溶劑組成的電解液可以承受高壓電極。通過對三種電解液進行分子動力學模擬進一步了解不同氟化水平電解液中的Li+溶劑化結構。結果顯示從ED到FE,Li+與溶劑分子的配位數(shù)從3.75降至3.02,表明,溶劑氟化有效提高了Li+的快速脫溶能力。

另外,我們也發(fā)現(xiàn),ETFEC引入FE中降低了Li+與溶劑的整體配位,但增強了PF6-和FEC與Li+的配位,從而優(yōu)化了Li+的溶劑化環(huán)境,為富含LiF的SEI的形成提供了有利的條件。一方面,由于Li+溶劑配位整體降低,更多PF6-參與溶劑化結構,有利于驅動電極表面陰離子衍生界面化學,為在FE中循環(huán)生成富含LiF的SEI提供更多的F源;另一方面,與FD相比,在FE中,F(xiàn)EC與Li+的配位能力相對增強,由于還原電位的提高,可以進一步促進其分解,從而產(chǎn)生更多的LiF。

2. 鋰電鍍/剝離行為研究

通過組裝Li||Cu電池,評價了不同電解液對鋰電鍍/剝離庫倫效率和長循環(huán)穩(wěn)定性的差異。無論電流密度為0.5 mA cm-2還是1 mA cm-2,使用該全氟化電解液(FE)組裝的電池均表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。進一步利用組裝的Li||Li對稱電池說明FE在循環(huán)方面的優(yōu)勢?;贔E組裝的電池可以穩(wěn)定循環(huán)900 h以上,且始終保持較低的極化電壓。根據(jù)上述實驗結果,可以說明全氟化電解液極大地優(yōu)化了Li+-偶極子結構,Li+脫溶速率快,從而在電鍍/剝離過程中生成了高質量,低傳輸阻力的SEI。

8e56b632-b3df-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

圖2 (a-b)不同電流密度下Li電鍍/剝離的庫倫效率展示;(c-f)Li||Li對稱電池的長循環(huán)穩(wěn)定性。

3. 鋰陽極界面分析

通過對不同電解液中循環(huán)后的鋰沉積表面表征,更進一步闡明Li+-溶劑相互作用對SEI 層中鋰沉積形態(tài)的影響。明顯可以看出在FE中形成的SEI均勻致密,且基本無枝晶出現(xiàn)。從其截面厚度也可以看出,在FE中鋰沉積的厚度(26.23 μm)更接近理論值(24 μm)。通過對循環(huán)30圈后的鋰陽極表面形貌表征,可以進一步驗證鋰沉積行為與電化學性能之間的關系。

與ED和FD中循環(huán)后的鋰陽極表面相比,在FE中獲得的鋰陽極表面更加致密均勻,這也表明FEC和ETFEC的組合能夠形成穩(wěn)定的氟化SEI,并有效限制了鋰枝晶的生成和副反應的發(fā)生,從而有助于高的庫倫效率和穩(wěn)定的循環(huán)性能。

8e69da82-b3df-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

圖3 使用不同電解液組裝電池循環(huán)后的鋰沉積表面的SEM(a-c)和截面形貌(d-f);(g-i)在相應電解液中循環(huán)后鋰沉積形成的不同SEI形態(tài)示意圖;(j-l)在不同電解液中循環(huán)30圈后的鋰陽極的SEM圖像。

4. 全電池性能測試

8e84bbd6-b3df-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

圖4 (a)Li||NCM811電池在三種電解液中循環(huán)穩(wěn)定性對比,電壓區(qū)間為3.0-4.3 V;(b-d)Li||NCM811電池在相應電解液中循環(huán)的充放電曲線,電壓區(qū)間為3.0-4.3 V;(e)Li||NCM811電池在三種電解液中循環(huán)穩(wěn)定性對比,電壓區(qū)間為3.0-4.6 V;(f)Li||NCM811電池的倍率性能,電壓區(qū)間為3.0-4.6 V。

為了進一步證明FE可以實現(xiàn)具有商業(yè)用途的高能量密度鋰金屬電池,有必要評估三種電解液與NCM陰極(NCM811)的相容性。本研究采用薄的鋰箔(50 μm)和面載量為1.5 mAh cm-2的NCM811陰極組裝電池,分別在3.-4.3 V和3.0-4.6 V的電壓區(qū)間下進行循環(huán)穩(wěn)定性測試。

結果顯示,F(xiàn)E電解液在循環(huán)200圈后保持了初始容量的89.3%,遠高于ED和FD電解液,而且繼續(xù)穩(wěn)定循環(huán)到500圈,保持初始容量的73.5%,其平均庫倫效率幾乎達到100%,在整個循環(huán)過程中保持相對較低的電壓極化。該結果進一步強調了全氟化電解液能夠在電極表面生成穩(wěn)定的SEI并實現(xiàn)優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。在高的截止電壓下(4.6 V),氟化程度的增加仍然使電解液保持優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。

【總結】

本研究工作提出了一種由LiPF6、FEC和ETFEC組成的全氟化電解液,可以直接調控Li+的溶劑化結構,保證了Li+的快速溶劑化,從而獲得了一系列優(yōu)于非氟化和半氟化電解液的優(yōu)點。比如富含LiF的界面相形成、低的鋰電鍍/剝離過電位、高的循環(huán)穩(wěn)定性以及高的庫倫效率等。而且,其Li||NCM811電池在高壓下仍然表現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)性能。本工作所提出的策略將為直接優(yōu)化Li+溶劑化環(huán)境和實現(xiàn)高質量的界面化學提供了一個有前景的方向。







審核編輯:劉清

聲明:本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網(wǎng)站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人,不代表電子發(fā)燒友網(wǎng)立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用,如有內容侵權或者其他違規(guī)問題,請聯(lián)系本站處理。 舉報投訴
  • 鋰離子電池
    +關注

    關注

    85

    文章

    3257

    瀏覽量

    77956
  • 電解液
    +關注

    關注

    10

    文章

    856

    瀏覽量

    23228
  • DFT
    DFT
    +關注

    關注

    2

    文章

    231

    瀏覽量

    22854
  • FEC
    FEC
    +關注

    關注

    0

    文章

    40

    瀏覽量

    13754
  • 鋰金屬電池
    +關注

    關注

    0

    文章

    140

    瀏覽量

    4386

原文標題:高壓鋰金屬電池——直接調控Li+溶劑化結構的全氟化碳酸酯類電解液

文章出處:【微信號:Recycle-Li-Battery,微信公眾號:鋰電聯(lián)盟會長】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。

收藏 人收藏

    評論

    相關推薦

    南洋理工JACS:調控溶劑鞘提升鋰電池溫域性能!

    研究簡介 當前鋰離子電池在極端溫度條件下性能顯著下降,無論是高溫還是低溫。傳統(tǒng)的寬溫電解液設計通常通過調節(jié)溶劑鞘和選擇具有極端熔/沸點的溶劑來解決這些挑戰(zhàn)。然而,這些基于
    的頭像 發(fā)表于 02-07 11:35 ?141次閱讀
    南洋理工JACS:<b class='flag-5'>調控</b><b class='flag-5'>溶劑</b><b class='flag-5'>化</b>鞘提升鋰電池溫域性能!

    強弱耦合型電解液調控超級電容器寬溫域特性及其機制研究

    影響,特別是在極端溫度( 60 °C)下。極端工作溫度下的性能衰減主要與電解液離子遷移、去溶劑能力和電解液熱穩(wěn)定性有關。一方面,傳統(tǒng)碳酸
    的頭像 發(fā)表于 01-21 11:01 ?103次閱讀
    強弱耦合型<b class='flag-5'>電解液</b><b class='flag-5'>調控</b>超級電容器寬溫域特性及其機制研究

    調控磷酸酯基阻燃電解液離子-偶極相互作用實現(xiàn)鈉離子軟包電池安全穩(wěn)定運行

    研究背景 相較資源有限的鋰離子電池,鈉離子電池是一種極具前景的電化學儲能技術,尤其適用于大規(guī)模儲能系。然而,大多數(shù)鈉離子電池體系仍基于傳統(tǒng)碳酸酯基電解液,這種電解液的熱穩(wěn)定性差、揮發(fā)性高且易燃,在
    的頭像 發(fā)表于 01-06 17:41 ?200次閱讀
    <b class='flag-5'>調控</b>磷酸酯基阻燃<b class='flag-5'>電解液</b>離子-偶極相互作用實現(xiàn)鈉離子軟包電池安全穩(wěn)定運行

    貼片鋁電解電容的封裝材質型號有哪些?

    的散熱功能。 內部材料 :主要包括鋁箔、電解紙和電解液。鋁箔經(jīng)過電化腐蝕處理,形成凹凸不平的表面,以增大與電解質的接觸面積;電解紙則用于吸附電解液
    的頭像 發(fā)表于 12-27 14:32 ?188次閱讀
    貼片鋁<b class='flag-5'>電解</b>電容的封裝材質型號有哪些?

    水系電解液寬電壓窗口設計助力超長壽命水系鈉離子電池

    【研究背景】水系鈉離子電池(ASIBs)具有高安全、低成本、快速充電等優(yōu)點,在大規(guī)模儲能中顯示出巨大的潛力。然而,傳統(tǒng)的低濃度水系電解液(salt-in-water electrolytes
    的頭像 發(fā)表于 12-20 10:02 ?503次閱讀
    水系<b class='flag-5'>電解液</b>寬電壓窗口設計助力超長壽命水系鈉離子電池

    武漢理工大學在水系鋅離子電池研究方面取得新進展

    武漢理工大學材料科學與工程學院傳來新突破消息,麥立強教授團隊在水系鋅離子電池研究領域取得了顯著進展。他們成功研制出一種新型復合水系電解液,其獨特之處在于初層溶劑殼層完全不含有機溶劑
    的頭像 發(fā)表于 10-14 15:45 ?452次閱讀
    武漢理工大學在水系鋅離子電池研究方面取得新進展

    高頻電解電容與普通電容的區(qū)別在哪里

    的導電高分子材料作為電極。此外,高頻電解電容的電解液也與普通電解電容不同,通常采用固態(tài)電解液或液態(tài)電解液。 普通
    的頭像 發(fā)表于 08-09 16:22 ?4668次閱讀

    鎳氫電池的電解液是什么

    鎳氫電池是一種常見的二次電池,具有較高的能量密度和良好的循環(huán)性能。其電解液是電池中的關鍵組成部分,對電池的性能和壽命有重要影響。 一、鎳氫電池簡介 鎳氫電池(Ni-MH Battery)是一種堿性
    的頭像 發(fā)表于 07-19 15:35 ?1086次閱讀

    浸沒式液冷散熱氟化新產(chǎn)品 DAISAVE

    什么是氟化?氟化一種化學溶劑,是一種無色透明氟具有良好的化學惰性、電氣絕緣性能、熱傳導性和
    的頭像 發(fā)表于 07-06 08:10 ?518次閱讀
    浸沒式液冷散熱<b class='flag-5'>氟化</b><b class='flag-5'>液</b>新產(chǎn)品 DAISAVE

    高壓電解電容虛標原因,高壓電解電容虛標怎么判斷

    高壓電解電容內部使用的電解液通常是有機液體電解質。由于電解質的化學性質,電容器內部的電解液可能會對金屬極板進行腐蝕,導致金屬極板損傷。這種損
    的頭像 發(fā)表于 06-08 17:15 ?1817次閱讀

    新宙邦擬在美國投建10萬噸/年電解液項目

    近日,新宙邦發(fā)布公告,宣布了一項重要的海外擴產(chǎn)計劃。為滿足北美地區(qū)客戶對碳酸溶劑及鋰離子電池電解液日益增長的需求,公司計劃在路易斯安那州的Ascension Parish投建一個大型生產(chǎn)項目。
    的頭像 發(fā)表于 05-24 11:29 ?679次閱讀

    新宙邦美國路易斯安那州碳酸溶劑和鋰離子電池電解液項目啟動

     5月22日,廣東新宙邦化學股份有限公司宣布,為了滿足北美市場的用電需求,將在路易斯安那州Asition Parish投資3.5億美元新建一個年產(chǎn)量達20萬噸的碳酸溶劑以及10萬噸的鋰離子電池電解液生產(chǎn)基地
    的頭像 發(fā)表于 05-23 09:43 ?476次閱讀

    最新Nature Energy開發(fā)新型稀釋劑助推鋰金屬電池實用!

    眾所知周,通過調控電解液來穩(wěn)定固體電解質間相(SEI),對于延長鋰金屬電池循環(huán)壽命至關重要。
    的頭像 發(fā)表于 05-07 09:10 ?988次閱讀
    最新Nature Energy開發(fā)新型稀釋劑助推鋰金屬電池實用<b class='flag-5'>化</b>!

    位傳感器監(jiān)測鉛酸電池電解液

    化學反應,電解液位會略微下降,如果位過低,不僅會影響電池的正常工作,還可能會對電池造成損壞。 鉛酸電池電解液位指的是
    的頭像 發(fā)表于 04-08 15:10 ?783次閱讀
    <b class='flag-5'>液</b>位傳感器監(jiān)測鉛酸電池<b class='flag-5'>電解液</b><b class='flag-5'>液</b>位

    非質子型弱配位電解液實現(xiàn)無腐蝕超薄鋅金屬電池

    鋅金屬電池以高容量、低成本、環(huán)保等特點受到廣泛關注。但由于金屬鋅在傳統(tǒng)水系電解液中熱力學不穩(wěn)定,鋅金屬電池的實際應用仍面臨挑戰(zhàn)。
    的頭像 發(fā)表于 04-02 09:05 ?601次閱讀
    非質子型弱配位<b class='flag-5'>電解液</b>實現(xiàn)無腐蝕超薄鋅金屬電池