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基于非燃電解液安全性鋰離子電池的研究

2019-02-25

鋰離子電池安全性問題一直制約著鋰二次電池向電動汽車和大規模儲能領域發展,而影響鋰二次電池安全性的主要因素是易燃有機電解液的使用。傳統的做法是在電解液中添加阻燃劑,武漢大學化學與分子科學學院曹余良教授帶領團隊另辟蹊徑,長期致力于非燃磷酸酯溶劑完全替換目前可燃體系,試圖從根本上解決這一問題。然而小分子磷酸酯類化合物在石墨和金屬鋰負極表面會發生強烈的還原分解,無法形成完整的鈍化膜,因此難以實現鋰離子的可逆脫嵌,限制了其應用發展。 

針對上述問題,曹余良團隊博士生曾子琪、江曉宇及其合作者突破了穩定非燃電解液傳統思路的限制,通過將鹽與溶劑的摩爾比率(MR)控制在溶劑電化學穩定閾值內(大于1:2),優選出了氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)與磷酸三乙酯(TEP)摩爾比為1:2的電解液。該體系不僅具有低的摩爾濃度(約2.2 mol/L)、較低的粘度、較高的電導率,而且值得注意的是,在這種高摩爾比(鹽與溶劑比)體系中,大多數TEP分子與Li+絡合,幾乎無自由的溶劑分子存在,造成溶劑還原電位負移,抑制了溶劑分子在負極表面的不可逆分解,實現石墨和金屬鋰負極的可逆電化學循環。此外,包含鈷酸鋰正極、石墨負極和這種非燃電解液的18650軟包實際電池表現出高的首周庫侖效率和放電容量以及穩定的循環性能,同時該18650電池通過了針刺、短路、重物沖擊等安全性測試,表現出了優異的安全性能。

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