综述:先进锂离子电池醚基电解液

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2024-08-08 来源:科学材料站公众号

近年来,随着人们对锂离子电池在能量密度、安全性、宽温域等方面的性能要求越来越高,传统基于 EC 的碳酸酯类电解液已难以满足日益增长的应用需求。发展新的电解液体系已迫在眉睫。在锂离子电池发展的早期,已有科学家尝试了醚基电解液,但由于与石墨负极的共嵌入问题而最终被淘汰出了早期商用锂离子电池体系。

近年来,随着相关研究越来越多,醚基电解液呈现出了复兴趋势。一方面,通过合理设计醚基电解液可以有效避免与石墨的共嵌入以及氧化稳定性差问题,且在快充和低温性能上都展现出了巨大的应用潜力;另一方面,醚基电解液以其较高的还原稳定性与锂金属负极具有更好的兼容性。在硅负极方面,也有诸多醚基电解液配方展现出了优异性能。

基于此,复旦大学夏永姚教授与南京航空航天大学刘振辉助理教授合作,在国际知名期刊 Advanced Energy Materials 上发表题为“Advanced Ether-Based Electrolytes for Lithium-ion Batteries”的综述文章。该文章从锂离子电池石墨负极、硅负极、锂金属负极三个方面对醚基电解液在锂离子电池中的应用进展进行了系统综述,并对醚基电解液面临的关键问题以及未来的发展趋势进行了讨论。

目前,醚基电解液与石墨发生共嵌入的原因仍然存在争议,主导共嵌入发生的因素尚未有定论,这在未来需要进一步深入研究。有些电解液设计中过于追求高压或界面稳定性而会牺牲其他优势,例如离子电导率、成本等。因此,将电极材料设计、人工 SEI 等策略与电解液设计结合协同改善锂离子电池性能也是一种有效方式。在实际应用中可能会出现多种负极混合共用的情况,这就要求未来电解液在设计需要同时兼容多个负极。理论模拟计算以及机器学习可以得到电极液溶剂化结构等实用信息,对电解液的开发具有重要指导作用。电解液实验室条件下的性能与实际应用可能会存在差异,例如醚基电解液在软包电池中的产气问题。因此,想要实现高性能醚基电解液的规模化应用,需要解决的问题还有很多。

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