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科學家們開發(fā)出了一種用于鋰離子電池的超低濃度電解質

來源:  發(fā)布時間:2024年04月30日 作者:

鋰鹽能增強電池的功率,但也會增加其成本。一種鋰鹽濃度極低的新型電解質 LiDFOB 可以提供更便宜、更可持續(xù)的選擇。研究小組在報告中說,使用這些電解質和傳統(tǒng)電極的電池已被證明具有高性能。此外,這種電解質還能促進電池的生產和回收。

鋰離子電池(LIB)為智能手機和平板電腦提供電力,驅動電動汽車,并在發(fā)電廠儲存電力。大多數(shù)鋰離子電池的主要成分是鋰鈷氧化物(LCO)陰極、石墨陽極以及為陰極和陽極的解耦反應提供移動離子的液態(tài)電解質。

這些電解質決定了電極上形成的相間層的性質,從而影響電池循環(huán)性能等特性。然而,商用電解質大多仍基于 30 多年前配制的系統(tǒng):1.0 至 1.2 摩爾/升六氟磷酸鋰(LiPF6)在羧酸酯("碳酸溶劑")中的溶液。

在過去的十年中,高濃度電解質(> 3 mol/L)得到了發(fā)展,它們有利于形成堅固的無機主導相間層,從而提高了電池性能。然而,這些電解質粘度高、潤濕能力差、導電性差。

由于需要大量的鋰鹽,這些電解質的價格也非常昂貴,而這往往是影響可行性的一個關鍵參數(shù)。

研究小組現(xiàn)已開發(fā)出一種超低濃度電解質,可能適用于鋰離子電池的實際應用:LiDFOB/EC-DMC。

LiDFOB(二氟草酸硼酸鋰)是一種常見的添加劑,價格比LiPF6 便宜得多。EC-DMC (碳酸乙酯/碳酸二甲酯)是一種商用碳酸酯溶劑。

這種電解液的含鹽量低至 2 重量百分比(0.16 摩爾/升),但離子電導率卻高達 4.6 mS/cm,足以使電池正常工作。此外,DFOB- 陰離子的特性還能在 LCO 和石墨電極上形成以無機物為主的堅固相間層,從而在半電池和全電池中實現(xiàn)出色的循環(huán)穩(wěn)定性。

目前使用的LiPF6會在潮濕環(huán)境中分解,釋放出劇毒和腐蝕性的氟化氫氣體(HF),而 LiDFOB 則對水和空氣穩(wěn)定。使用 LiDFOB 的 LIB 不需要嚴格的干燥室條件,而可以在環(huán)境條件下制造,這又是一個節(jié)約成本的特點。此外,回收問題也會大大減少,從而提高可持續(xù)性。




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