蘇州納米所吳曉東團隊Chem. Eng. J.:構(gòu)筑正負(fù)極通用的聚離子液體人工界面膜提高鋰離子電池高溫高電壓循環(huán)性能
電極/電解液界面穩(wěn)定性對于鋰離子電池的循環(huán)性能和安全性能都至關(guān)重要,在電極表面構(gòu)建一個優(yōu)異的界面SEI/CEI膜對于提高電池性能具有重要意義。
中國科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所吳曉東研究員團隊項目研究員許晶晶和博士生張鳳蕊設(shè)計了一種陽離子型聚離子液體(PIL)作為適用于高電壓NCM622正極和石墨負(fù)極的人工SEI膜來抑制電解液在電極表面的分解。這種PIL膜具有高的力學(xué)模量、優(yōu)異的電化學(xué)和化學(xué)穩(wěn)定性,作為人工SEI膜可以有效地抑制界面副反應(yīng),特別是其豐富的陽離子基團與鋰鹽的PF6-陰離子和碳酸酯溶劑有較強的庫倫作用,能促進鋰離子在SEI膜中的傳導(dǎo)。因此,PIL修飾的石墨負(fù)極比未修飾石墨負(fù)極顯示了提高的循環(huán)性能和庫倫效率室溫。0.1C倍率下首次充放電的庫倫效率由86%提高到了96%,1C倍率下循環(huán)150次后容量保持率由62.5%提高到89%(圖1)。同時,這種PIL材料也適用于高電壓正極材料,PIL修飾的NCM622正極在高溫55°C和高電壓4.5V下0.5C倍率循環(huán)120次后也保持了90%的容量保持率,而未修飾的NCM622容量保持率僅有2.7%(圖2)。
圖1 (a) 聚離子液體的化學(xué)結(jié)構(gòu),(b) 包覆了PIL膜的石墨負(fù)極的SEM側(cè)面圖,(c) 包覆了PIL膜的石墨負(fù)極的EDS分析,(d) 石墨||Li電池的首次充放電曲線,(e) 石墨||Li電池的首次循環(huán)伏安曲線,(f) PIL中陽離子骨架和EC的靜電勢圖,(g) 石墨||Li電池的室溫1C的循環(huán)穩(wěn)定性,(h) 石墨||Li電池的室溫1C的充放電曲線。
圖2 (a) 不銹鋼||Li扣電的LSV曲線,(b) NCM622||Li 電池循環(huán)前的電化學(xué)阻抗譜,(c) NCM622||Li 電池在25 °C 1C倍率的充放電曲線, (d) NCM622||Li 電池在25 °C 1C倍率的循環(huán)穩(wěn)定性,25 °C 1C倍率循環(huán)后NCM622顆粒的SEM照片: (e)未修飾NCM622,(f) PIL修飾的NCM622,(g) NCM622||Li 電池在55 °C 0.5C倍率的循環(huán)穩(wěn)定性,55 °C 0.5C倍率循環(huán)后NCM622顆粒SEM照片:(h) 未修飾NCM622,(i) PIL修飾的NCM622。
相關(guān)工作以“Constructing a universal artificial polymeric ionic liquid interfacial film for graphite anode and High-Voltage cathode”為題發(fā)表于Chem. Eng. J.上 。該工作得到了國家自然科學(xué)基金面上項目等資助,同時感謝蘇州納米所納米真空互聯(lián)實驗站(Nano-X)提供的測試幫助。
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