清华大学刘凯,继NatureEnergy后,再发EES!

华算科技 2025-01-01 18:08:47

在锂金属电池(LMB)中采用锂金属作为阳极材料为突破传统锂离子电池(LIB)的能量密度极限提供了一条变革性途径。然而,锂金属与传统的碳酸酯基电解质的集成面临着一系列挑战,例如固体电解质界面(SEI)和阴极电解质界面(CEI)在高电压和高倍率下的不稳定性。

为解决这些问题,2024年12月26日,清华大学刘凯副教授在Energy & Environmental Science发表题为《Molecular Design of Electrolyte Additives for High-Voltage Fast-Charging Lithium Metal Batteries》的研究论文。

通过密度泛函理论(DFT)、分子动力学(MD)模拟和电化学评估的结合,作者表明VSF能够促进薄、均匀、富含无机物的界面层的形成,从而增强锂离子运输并减轻在高能LMB中通常观察到的降解。

全电池和软包电池的循环实验表明,VSF显著提高了循环稳定性和倍率性能,尤其是在极端条件下。这些发现突显了VSF作为一种有前途的添加剂,有助于推动高性能LMB的商业化发展。

图1:不同添加剂下电池的性能

图2:VSF对锂金属阳极在BE和VSF增强电解质中的性能和稳定性的影响

图3:关于VSF与溶剂化结构和界面层相互作用的计算‍

图4:不同Li/NMC811电池在极端循环条件下的性能

图5:不同添加剂(VSF、ESF、MVS)对电池性能和界面组成的影响

综上,该研究成功设计并测试了一种新型双功能添加剂VSF,通过在锂金属阳极和高镍NCM811阴极上形成保护性界面层,显著提高了锂金属电池在高压和高倍率条件下的性能。

VSF添加剂的引入不仅提高了电池的循环稳定性和安全性,而且为未来高性能锂基电池的电解质系统设计提供了新的思路,对于推动高性能LMB的商业化具有重要意义。

Molecular Design of Electrolyte Additives for High-Voltage Fast-Charging Lithium Metal Batteries.Energy & Environmental Science (2024).DOI:10.1039/D4EE04282D

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