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美國(guó)阿貢實(shí)驗(yàn)室開發(fā)出新型電解質(zhì)混合物和添加劑 提高鋰電池循環(huán)壽命

鉅大LARGE  |  點(diǎn)擊量:1065次  |  2019年11月05日  

外媒報(bào)道稱,美國(guó)能源部(DOE)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員開發(fā)出一種新型電解質(zhì)混合物和添加劑,可以可使硅負(fù)極具有更高的表面穩(wěn)定性和整體穩(wěn)定性,從而改善鋰電池的循環(huán)壽命。


為進(jìn)一步提升鋰電池的能量密度,電池企業(yè)都在積極研發(fā)新型鋰電池材料,其中高鎳正極+硅碳負(fù)極成為了電池企業(yè)開發(fā)高比能電池的新型材料體系。


當(dāng)前NCM811高鎳材料已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化應(yīng)用,但硅碳負(fù)極的商業(yè)化道路卻發(fā)展的較為緩慢,主要原因是硅碳負(fù)極容易發(fā)生膨脹和循環(huán)壽命低等問(wèn)題還沒(méi)有得到徹底解決。


阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室化學(xué)科學(xué)與工程(CSE)部門的高級(jí)化學(xué)師JackVaughey指出:“硅負(fù)極的商業(yè)化應(yīng)用仍然存在絆腳石。在循環(huán)時(shí),鋰離子電池中的硅基陽(yáng)極會(huì)與電解質(zhì)發(fā)生很大的反應(yīng),隨著時(shí)間的流逝,該過(guò)程會(huì)使電池退化從而縮短循環(huán)壽命。”


為了解決這個(gè)問(wèn)題,阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員研發(fā)了一種新型電解質(zhì)混合物和添加劑,包含幾種雙電荷或三電荷金屬陽(yáng)離子(Mg2+,Ca2+,Zn2+或Al3+)中的任何一種。這些增強(qiáng)的電解質(zhì)混合物,統(tǒng)稱為“MESA”(代表硅陽(yáng)極的混合鹽電解質(zhì))


研究人員發(fā)現(xiàn),在充電過(guò)程中,電解質(zhì)溶液中的金屬陽(yáng)離子添加物會(huì)與鋰離子一起遷移到硅基負(fù)極中,從而形成比鋰硅穩(wěn)定的鋰金屬硅相。這種新的電池化學(xué)性質(zhì)極大地減少了硅負(fù)極和電解質(zhì)之間的有害副反應(yīng)。


在電池中測(cè)試的四種金屬鹽中,添加的帶有鎂(Mg2+)或鈣(Ca2+)陽(yáng)離子的電解質(zhì)鹽被證明在數(shù)百次充放電循環(huán)中效果最好。這些電池的能量密度比石墨鋰電池高出50%。


CSE部門的化學(xué)家BarisKey說(shuō):“我們已經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)相關(guān)電極制作的完整電池對(duì)MESA配方進(jìn)行了徹底的測(cè)試。”“這種新型化學(xué)物質(zhì)簡(jiǎn)單、可擴(kuò)展,完全兼容現(xiàn)有的電池技術(shù)。”


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