鋰電新聞
Lithium Battery News
高性能鋰金屬電池電解液怎么樣？
來源:鋰電池
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作者:友創偉業
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發布時間: 2021-01-04
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鋰金屬電池理論比容量可達3860mAh/g，電勢僅為-3.04V(vs 標準氫電極)，并具有非常優異的導電性，是一種理想的高比能鋰離子電池負極材料。但是金屬鋰負極在充電的過程中由于局部極化的原因，會引起鋰枝晶的生長，并由此導致庫倫效率降低和活性鋰的損失，甚至引起安全事故，極大的制約了金屬鋰負極的應用。
金屬鋰二次電池的設計中，電池的性能高度依賴電解液的數量和充放電電流密度，在電解液數量較少時金屬鋰負極與NCM正極間的相互作用，會加速電解液在金屬鋰負極的分解，并形成高阻抗的SEI膜。但是過多的電解液不僅會造成電池能量密度的降低，也會增加電池的成本，因此開發更加穩定的電解液，以減少電解液的用量就顯得尤為關鍵。
金屬鋰負極來自FMC，添加FEC和DFEC的電解液循環性能得到了顯著的提升。FEC+DFEC則在300次循環后仍然保持了較好的循環穩定性。循環溫度提高到45℃，FEC+DFEC混合溶劑電解液仍然保持了最好的循環性能，
采用FEC的電解液的倍率性能要好于DFEC和FEC+DFEC電解液。
采用FEC+DFEC混合體系的電解液表現出了更好的循環穩定性，可穩定循環超過250次，電池也沒有出現FEC電池那種容量衰降后再恢復的現象。這主要是因為FEC+DFEC的混合電解液體系能夠在負極表面形成更為穩定的SEI膜。
采用FE+DFEC體系電解液的電池在開始循環時和循環200次后，電池不僅在容量上保持了良好的穩定性，電池的充放電電壓也沒有出現明顯的衰降。
在EC基的電解液中，SEI膜的厚度更厚，并且含有較多的類PEO的聚合物成分，這表明在循環過程中EC在金屬鋰表面的還原聚合，是導致金屬鋰電池衰降的主要原因。
相比于EC溶劑，FEC溶劑中形成的SEI膜除了包含一些有機成分之外，還包含了一些無機成分例如碳酸鋰、氟化鋰、烷基碳酸鋰等成分，這種復合成分的SEI膜不僅賦予了SEI膜的良好的彈性，能夠適應金屬鋰的體積變化，同時也能夠讓Li+快速穿過SEI膜。
采用EC基電解液的金屬鋰負極表面存在大量的鋰枝晶，枝晶大大增加了金屬鋰負極的表面積，加速了電解液的分解。與之相對的是FEC和DFEC電解液的金屬鋰負極表面則呈現出片狀的金屬鋰，相比于針狀的鋰枝晶，電極的比表面積更小，從而有效地改善了電極的循環性能。
研究表明，相比于EC基電解液，FEC基和DFEC基電解液能夠在金屬鋰負極表面形成有機、無機成分復合的SEI膜，從而及保證了良好的機械穩定性，也保證了Li+的遷移，從而有效地提升了金屬鋰電池的循環穩定性。同時FEC+DFEC復合電解液體系在金屬鋰電池中，DFEC會首先分解形成穩定的SEI膜，減少FEC的分解，剩余的FEC則能夠在循環中不斷修復SEI膜的損壞，從而進一步提升電池的循環穩定性。
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