深圳先進院研發(fā)出基于高電壓電解液的雙離子電池
近日，中國科學(xué)院深圳先進技術(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隊，通過開發(fā)高電壓濃縮電解液顯著提升了雙離子電池的循環(huán)性能與能量密度。相關(guān)研究成果以High Oxidation Potential ≈6.0 V of Concentrated Electrolyte toward High-Performance Dual-Ion Battery（6.0 V高氧化電位濃縮電解液用于高性能雙離子電池）為題在線發(fā)表于國際著名能源期刊Advanced Energy Materials（IF: 25.245）上。深圳先進院聯(lián)培碩士畢業(yè)生童小玉為論文第一作者，唐永炳研究員為通訊作者。
相比于傳統(tǒng)鋰離子電池，雙離子電池通常采用石墨作為正極并依靠陰離子插層實現(xiàn)儲能，因此具有工作電壓高、成本低、環(huán)保等優(yōu)點，在規(guī)模化儲能領(lǐng)域應(yīng)用前景廣闊。然而傳統(tǒng)有機電解液體系氧化電位低，難以滿足雙離子電池高電壓的工作要求，而具有寬電化學(xué)穩(wěn)定窗口的離子液體電解液成本高，且濃度有限（<1.5 m），導(dǎo)致雙離子電池難以獲得高的能量密度和穩(wěn)定性。
鑒于此，唐永炳研究員及其團隊成員童小玉、歐學(xué)武、吳南中等人在系統(tǒng)研究不同電解液溶劑和鋰鹽的匹配關(guān)系后，結(jié)合砜類溶劑和LiFSI鋰鹽的各自優(yōu)點，成功研發(fā)出4.0 m LiFSI/TMS高電壓濃縮電解液體系。研究結(jié)果表明，該電解液體系具有以下明顯優(yōu)勢：第一，電解液的氧化電位提升至~6.0 V，明顯抑制了電池的產(chǎn)氣現(xiàn)象；第二，陰離子插層石墨正極的容量和可逆性得到提升；第三，陽離子在負極側(cè)的沉積/剝離可逆性得到明顯改善。采用該高電壓濃縮電解液，雙離子電池穩(wěn)定循環(huán)1000次后容量無明顯衰減，并顯著提升了電池的能量密度。上述工作提供了一種提升雙離子電池性能的有效手段，對發(fā)展高效低成本儲能器件具有指導(dǎo)意義。
該工作得到了國家自然科學(xué)基金，中科院、廣東省、深圳市科技計劃項目等資助。
基于高電壓濃縮電解液雙離子電池的工作示意圖
