离子液体用于制备高性能锂金属电池用电解质

2024-10-04 12:38:05 sh默尼 1

化石能源的过度消耗引发了一系列环境问题,使得人们对可再生替代能源的关注进一步增加。其中,锂离子电池具备输出电压高、循环寿命长等优点,在电子器件、电动汽车、航空航天等领域有着广泛的应用。随着各种电子设备陆续出现和锂资源的大量消耗,对高能量密度、安全性好且使用寿命长的电池的需求与日俱增。


液态电解质和石墨阳极的商用锂电池已经达到了极限能量密度。锂金属电池(LMBs)使用锂金属作为阳极,具有超高的极限能量密度,有望替代锂离子电池。然而,液体电解质中不可避免的锂枝晶生长,容易导致短路和爆炸,也存在泄漏、挥发、燃烧等安全问题。固态电解质由于具有较高的介电常数,以及较高的化学和热稳定性,成为替代液态电解质的候选材料,可以大大提高LMBs的安全性和能量密度。在多种固态电解质中,聚合物电解质(SPEs)因重量轻、界面兼容性好、高灵活性、可加工性和低制造成本等优点备受关注。聚环氧乙烷(PEO)是应用最广泛的SPE基体。但其应用受到离子电导率低、Li+转移数低和电化学稳定窗口窄的限制。

为此,有研究者采用引入无机填料的方式提高离子电导率、良好的机械强度和高耐压性。其中,活性填料的晶体结构可以提供额外的Li+Li+可以与聚合物基体结合,具有良好的柔韧性和可加工性,增强离子电导率。LiGaO2具有易于合成,原料丰富且价格低的优势,是理想的活性填料。

基于上述考量,广东工业大学许希军霍延平联合广州天赐高新材料股份有限公司赵经纬等人将活性LiGaO2填料和离子液体1-烯丙基-3-甲基咪唑双(三氟甲基磺酰基)亚胺盐(AMIm-TFSI)结合构建了一种LMB复合电解质。由这种复合电解质组成的LMBs具有良好的性能。

通过实验探索,研究者确定各组分的最佳比例,PEO: LiTFSI: AMIm-TFSI: LiGaO2的最佳比例组成为7: 3.85: 2.8: 3,电解质命名为PIL-CSE60 °C条件下,最高的离子电导率为2.08×10-3S cm-1PIL-CSE的活化能为0.34 eV
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