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无阳极锂金属电池的降解机理分析

能源学人  · 公众号  · 科技媒体  · 2024-10-12 10:06

主要观点总结

本文主要探讨了无阳极锂金属电池(AFLMB)中,铜箔上SEI成分变化对电池电化学性能的影响。研究发现,FSA溶剂分子在铜箔上的吸附能力较强,导致其在充电过程中消耗电子并发生不可逆的电化学还原,使得初期形成的SEI成分不稳定,加剧了锂金属沉积的不均匀性。此外,FSI - 阴离子的持续分解导致盐浓度降低,增加了游离的N,N-二甲基氨基磺酰氟(FSA)溶剂分子的数量,这些分子在NCM811阴极上容易发生氧化分解,导致AFLMB容量和库仑效率(CE)的快速下降。总的来说,SEI的不稳定性是AFLMB性能下降的关键问题。

关键观点总结

关键观点1: AFLMB与锂金属电池(LMB)在电化学性能及其机制上的差异,特别是铜箔上SEI成分的变化对锂金属沉积的影响。

在AFLMB中,锂金属以空隙较多的纤维状形式电沉积,而LMB则显示出密集的锂金属沉积。使用相同的电解质,AFLMB中FSA溶剂分子在铜箔上具有更强的吸附能力,导致其在充电过程中发生不可逆的电化学还原,使得初期形成的SEI成分不稳定。

关键观点2: FSI - 阴离子的持续分解和SEI的不稳定性对电池性能的影响。

FSI - 阴离子的消耗导致游离FSA溶剂分子的数量增加,这些分子在阴极的氧化分解上产生了负面影响。SEI的不稳定性增加了电解质分解的风险,导致电池性能快速衰减。

关键观点3: 电解质成分与锂金属阳极之间的寄生反应对固体电解质间相(SEI)形成的影响。

通过光谱、显微镜技术和电化学阻抗光谱(EIS)测量的弛豫时间分布(DRT)等分析手段,全面揭示了AFLMB中电解质与铜基底界面的动态变化。研究发现,用于SEI重构的FSI - 阴离子的持续分解和增加的游离FSA溶剂分子的数量是导致AFLMB性能下降的关键因素。


文章预览

【研究背景】 锂金属由于其高锂离子存储能力,成为实现更高能量密度电池的候选材料。然而,锂金属的电化学可逆性不足限制了其在长循环中的稳定性。无阳极锂金属电池(AFLMB)虽然在初期未使用锂金属,但仍受电解液与残余锂金属副反应影响,导致容量衰减和较低的库仑效率。通过在铜箔上镀锡及使用牺牲电解质添加剂,促进了锂的均匀沉积。尽管已有研究揭示了AFLMB中铜箔的降解原因,进一步深入探讨电解质成分与锂金属阳极之间的寄生反应及其影响的固体电解质间相(SEI)形成,将有助于解决AFLMB的循环不稳定性问题。 【内容简介】 本研究探讨了铜箔上SEI成分变化的原因及其对AFLMB电化学性能的影响。通过光谱、显微镜技术和电化学阻抗光谱(EIS)测量的弛豫时间分布(DRT),全面分析了AFLMB中电解质与铜基底界面的动态变化。研究发现 ………………………………

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