ACS Energy Lett.：具有添加剂的商用碳酸盐电解质助力高性能锂金属电池

Nanoyu

2021-04-21

锂金属负极被认为是高能量密度电池负极材料的最终选择。然而，在碳酸盐电解质中形成的以有机为主的固体电解质界面（SEI）对金属Li的界面能较低，且电阻率较高，导致镀锂/剥离库仑效率（CE）低于99.0%，且Li枝晶生长严重。

近日，马里兰大学王春生教授，清华大学何向明教授首次报道了在商用碳酸盐电解质中引入FEC-SL/LiNO₃复合添加剂，从而获得了优异的循环稳定性和锂金属负极的高CE，其性能优于不加添加剂的碳酸盐电解质和单独添加FEC或LiNO₃的碳酸盐电解质。值得注意的是，LiNO₃是通过使用LiNO₃/环丁砜(SL)浓溶液引入电解质中，其中SL载体溶剂比碳酸盐溶剂具有更高的LiNO₃溶解度和更高的氧化稳定性。

文章要点

1）实验结果表明，与在1 M LiPF₆/EC-DMC（体积比为1：1）电解质（简称BE）相比，在BE中加入FEC-SL/LiNO₃添加剂(简称Be-FeC-SL/LiNO3)之后，镀锂/剥离的CE从84.4%提高到99.5%。

2）研究发现，由于LiNO₃和FEC的协同作用，在锂金属负极表面构建了一种具有高锂离子电导率的疏锂LiF-Li₃N增强型SEI，在降低Li成核过电位的同时抑制了Li枝晶的生长。

3）具有BE-FEC-SL/LiNO₃电解质的4.3 V LiNi_0.80Co_0.15Al_0.05O₂（NCA）/Li（50 μm）全电池在150次循环后的容量保持率达到90.8%，平均CE为99.7%。

这项工作为实现具有最佳性能的基于商用碳酸盐电解质的高压LMBs提供了一种简单、经济的策略。

参考文献

Nan Piao, et al, Lithium Metal Batteries Enabled by Synergetic Additives in Commercial Carbonate Electrolytes, ACS Energy Lett. 2021

DOI: 10.1021/acsenergylett.1c00365

https://doi.org/10.1021/acsenergylett.1c00365