阻燃电解液应用研究新突破!

2024-09-27 11:00:36 sh默尼 12

提高锂离子电池(LIB)安全性的普遍方法是采用磷酸酯电解质。然而,磷酸酯成分与石墨阳极之间的不相容性(一种被称为 "共插入 "的现象)带来了固有的挑战。

为了解决这一障碍,近日,中南大学洪波、白茂辉、香港城市大学Yang Jiayi 、新加坡国立大学Zhang Kun团队引入了一种利用阻燃溶剂和聚合物基质原位热聚合的综合策略。这种方法促进了磷酸酯分子与聚合物基质之间强烈的偶极-偶极相互作用,有效减轻了对石墨阳极的不利影响。通过原位 X 射线衍射、X 射线光电子能谱深度剖面分析和透射电子显微镜成像验证了这一重大改进。该方法促进了 NCM811|P-GPE|Gr 软包电池在含 20% 磷酸酯成分的电解液中的锂离子稳定运行,实现了每周期 0.0023% 的低容量衰减率和良好的阻燃特性。


他们采用阻燃溶剂和聚合物骨架原位热聚合的新策略,实现了高磷酸酯组分凝胶聚合物电解质,解决了与石墨阳极的不相容问题。由于六氟磷酸酯(LIPF6)在高温下容易分解,研究人员选择了高温稳定性更好的双((三氟甲基)磺酰基)偶氮锂(LITFSI)。


所选的磷酸酯溶剂--2-氟-2-磷酰基乙酸三乙酯(TFPA)带有氟基和磷酸酯结构,具有很强的阻燃性能。而功能性聚合物骨架则是利用交联剂季戊四醇四丙烯酸酯(PETEA)和聚合物单体乙烯基磷酸二乙酯(DVP)设计而成。


这种结构具有很高的阻燃效率,并能与磷酸酯分子产生强大的偶极-偶极相互作用。通过限制磷酸酯分子的自由运动,可以降低它们与锂离子的共价效应,并增强磷酸酯溶剂与石墨负极的相容性。


这些特性已通过原位 X 射线衍射 (XRD) 和 X 射线光电子能谱 (XPS) 深度剖面分析得到证实。因此,用磷酸酯凝胶聚合物电解质(PGPE)组装 Gr| Li 电池,在 0.5 C条件下循环 350 次后,容量保持率达到 97.6%,令人印象深刻。这种创新方法为开发具有更强循环性能的安全锂离子电池铺平了道路。    

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