深圳先進(jìn)院研發(fā)出基于高濃度電解液策略的高能量密度雙離子電池
近日，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院集成所功能薄膜材料研究中心唐永炳研究員及其研究團(tuán)隊(duì)聯(lián)合重慶理工大學(xué)周志明教授，采用高濃度電解液策略顯著提升了雙離子電池的能量密度及循環(huán)穩(wěn)定性。相關(guān)研究成果以"Highly Concentrated Electrolyte towards Enhanced Energy Density and Cycling Life of Dual-Ion Battery"（高濃度電解液提升雙離子電池的能量密度及循環(huán)穩(wěn)定性）為題在線發(fā)表于國際著名化學(xué)期刊《德國應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202006595, IF:12.257）上。
相比于傳統(tǒng)鋰離子電池，雙離子電池（DIB）具有電壓高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，在規(guī)模化儲(chǔ)能領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。作為活性離子來源，電解液對(duì)DIB的電化學(xué)性能包括容量、循環(huán)壽命、能量密度等具有決定性的影響。然而，傳統(tǒng)雙離子電池電解液體系濃度有限，造成電解液的體積/質(zhì)量占比較大，限制了DIB能量密度的進(jìn)一步提升。此外，低濃度電解液氧化還原穩(wěn)定性不足，導(dǎo)致電池的循環(huán)穩(wěn)定性不夠理想。
鑒于此，唐永炳研究員及其團(tuán)隊(duì)成員向立、歐學(xué)武等人在考察了不同溶劑與電解質(zhì)鹽的匹配行為后，成功開發(fā)出具有7.5 m高濃度的LiFS/EC:DMC電解液體系。與低濃度體系相比，該高濃度電解液表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)：陰離子插層石墨正極的插層容量以及循環(huán)穩(wěn)定性得到了明顯提升；改善了金屬鋁箔負(fù)極在充放電過程中的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性；顯著提升了電池的能量密度。基于上述高濃度電解液，作為概念驗(yàn)證的雙離子電池在200 mA g-1的電流密度下，放電容量為94.0 mAh g-1；且經(jīng)過500次循環(huán)后，容量保持率達(dá)到96.8％。此外，同時(shí)考慮電極材料和電解液質(zhì)量的情況下，DIB能量密度達(dá)到~180 Wh kg-1。該工作對(duì)于進(jìn)一步發(fā)展高效低成本雙離子電池具有重要指導(dǎo)意義。
該研究得到了國家自然科學(xué)基金，廣東省科技計(jì)劃、深圳市科技計(jì)劃等項(xiàng)目資助。
圖（a）溶劑與電解質(zhì)鹽共溶后獲得高濃度電解液的圖片；（b）不同濃度電解液的抗氧化LSV曲線比較；（c）高濃度電解液體系中，陰離子插層石墨正極的原位XRD表征；（d）雙離子電池長(zhǎng)循環(huán)過程的放電中壓(插圖為長(zhǎng)循環(huán)過程中的充放電曲線)；（e）已報(bào)道雙離子電池能量密度比較。
