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(a,b)Li|LFP和Li|NCA电池在0.5C下的循环性能
(c,d)Li|LFP和Li|NCA电池的充放电曲线
(e)Li|LFP电池在100圈循环后的EIS
(f)Li|NCA电池在200和300圈循环的EIS
图二含LiNO3的EC/DEC电解质的腐蚀电化学
(a)在0~2.5V,5mVs-1下扫描的Li|Cu半电池的CV曲线
(b)Li的恒电流电压曲线,其在电流密度为0.10mA cm-2下沉积在含有EC/DEC和含LiNO3的电解质中的Cu衬底上。
(c)在-0.3~0.6V,10mV s-1下扫描的Li|Cu电池的电流响应
(d)Li|NCA全电池的CV曲线
(e)纯EC/DEC和(f)含LiNO3的电解质中锂阳极的表面形态,电流密度为0.5mA cm-2,容量为0.1mAh cm-2。
图三在0~2.5V的一次CV测试循环后(图二a)在Cu衬底上形成的SEI膜的XPS表征
图四具有和不具有LiNO 3的电解质的6Li NMR光谱和MD模拟
(a)电解液中6Li 的NMR光谱
(b)电解液中13C的NMR光谱
(c)含LiNO3的EC/DEC电解质中Li/Cu-N/O/F径向分布函数g(r)的MD模拟
(d)EC/DEC和含LiNO3的EC/ DEC电解质中Li离子的均方位移
【小结】
总之,本文通过添加微量的CuF2作为溶解促进剂,使得LiNO3首次作为添加剂溶解在碳酸盐电解质中。在Li金属阳极表面上构造了离子导电,致密且稳定的SEI膜,以有效地保护Li金属。综合研究了含LiNO3电解质的溶剂化化学性质及其对高压LMBs的作用。相对于EC溶剂,LiNO3的还原反应发生1.4V左右,因此形成稳定的界面膜,这主要归因于还原产物如LiNxOy和Li3N。这种保护性SEI膜导致锂的球形沉积,显着降低电压滞后,使得Li金属阳极具有更长循环寿命。当LiNO3保护的Li金属阳极与NCA阴极匹配时,成功实现了高初始容量(186 mAhg-1)和稳定的循环性能(在300次循环后为53%)。此外,即使在300次循环后,平均库伦效率也很高(99.5%,EC/DEC电解质为98.4%)。 所提出的策略提供了一种简单但有效的方式来提高由转换型Li阳极和高压插入型阴极(NCA或NCM)组成的高能量密度LMB的循环性能。这一工作扩展了功能性LiNO3添加剂在具有高压窗口的碳酸盐电解质中的应用,并阐明了LiNO3添加剂对下一代电池中Li阳极保护的作用机理。
文献:“Solvation Chemistry of Lithium Nitrate in Carbonate Electrolyte forHigh-Voltage Lithium Metal Battery”(Angew. Chem. Int. Ed. DOI:10.1002/anie.201807034)
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