NEC锂电池产品分类
NEC锂电池面向5V锂离子电池正极的定制化碳酸酯基不可燃电解液
电解质作为电化学器件中最重要的组成部分之一，目前仍是制约新一代先进电池发展的关键瓶颈。对于锂（离子）电池而言，传统碳酸酯基电解质较低的氧化稳定性（在4.5 V vs. Li/Li+条件下分解）和高度易燃性，是实现更高能量密度与更高安全性的主要限制因素之一。本文报道了一种LiPF6+章节节选6具有特定溶液结构的/DMC电解质，在电池性能方面展现出显著进步。通过改变溶液结构，完全克服了碳酸酯电解质的可燃性问题，同时有效拓宽了电化学稳定窗口（>6.0V vs. Li/Li+）+。该电解质还表现出与5V LiNi0.5Mn1.5O4正极材料优异的相容性0.5Mn1.5，显著延长了LiNi0.5Mn1.5O4/Li电池4Mn0.5和LiNi0.5Mn1.5O4/石墨全电池的循环寿命1.5Mn4/石墨电池。这项工作推动了安全、长寿命高能量密度电池的发展，并促使人们重新评估电池（电）化学体系——尤其是关于最常用LiPF6的高电压电池（电）化学体系。0.5/碳酸酯基电解液。1.5O4/graphite battery. This work propels the development of safe and long-life high-energy-density batteries and allows for re-evaluation of the battery (electro)chemistries, especially high voltage battery (electro)chemistries, regarding the most commonly used LiPF6/carbonate-based electrolytes.
引言
5V级正极材料的应用对电解液提出了更为严苛的要求。然而，由于传统电解液的氧化稳定性较低（在Li/Li⁺参比下4.5V即发生分解），难以满足高压体系的电化学窗口需求。+在高压环境下，传统的碳酸酯基电解液通常难以耐受如此苛刻的条件，从而导致电解液组分严重分解，电池性能明显恶化[12][13]。对于负极部分（包括石墨负极和金属锂负极），电解液与石墨负极之间形成的固体电解质界面膜（SEI膜）被认为是实现高度可逆充放电过程及保障电池安全性的关键因素[14][15]。电解液组分会显著影响SEI膜的形成与锂枝晶的生长，进而影响电池的库仑效率、循环稳定性和安全性。因此，针对SEI膜形成的电解液配方优化至关重要且亟待解决。根据Seongjae Ko等人和Ziyang Cao等人的研究，LiPF6以及LiBF4基浓缩电解质与石墨负极的相容性较差[16]。特别是，Seongjae Ko等人还引入了氟代碳酸乙烯酯(FEC)作为补偿溶剂，以在石墨负极上形成稳定的SEI膜[17]。同时，由于市售碳酸酯基电解质具有高度易燃性和挥发性，严重的安全问题也阻碍了5V级电池的发展[18]。
为确保5V级电池实现高库仑效率和长循环寿命，亟需一种能提供高度可逆正负极反应、避免剧烈氧化/还原分解且具备良好阻燃性以增强安全性的电解质[19]。部分研究者尝试开发具有高阳极稳定性的新型电解质配方，如丁二腈基、砜基、氟代电解质[20][21][22]等，以替代传统碳酸酯基电解质。例如Zhang等[21]报道了氟代碳酸酯溶剂基电解质（含氟代碳酸酯与氟代醚）在5V锂离子电池中的应用。Suo等[23]则论证了7m双氟磺酰亚胺锂(LiFSI)/FEC电解质对LiNi0.5Mn1.5/Li电池。与此同时，其他研究者正尝试通过各类添加剂稳定碳酸酯基电解液[23]，例如三(三甲基硅烷基)亚磷酸酯(TMSP)与1,3-丙二醇环硫酸酯(PCS)的复合物[12]、LiBMFMB[13]、三乙基硼酸酯[24]、三(2,2,2-三氟乙基)亚磷酸酯[25]、N-甲基吡咯[26]、3,3'-磺酰二丙腈[27]以及4-(三氟甲基)苄腈[28]等。4/Li cells. At the same time, some other researcher are trying to stable the carbonate-based electrolyte with various kinds of additives [23], such as tris(trimethylsilyl) phosphite (TMSP) combined with 1,3-propanediolcyclic sulfate (PCS) [12], LiBMFMB [13], Triethyborat [24], Tris(2,2,2-trifluoroethyl)-phosphite [25], N-methylpyrrole [26], 3,3’-sulfonyldipropionitrile [27] and 4-(Trifluoromethyl) benzonitrile [28], etc.
译文： 近年来，高浓度电解质因其表现出增强的氧化稳定性而受到广泛关注[10][23][29]。然而同时有研究表明，部分基于双(三氟甲磺酰)亚胺锂（LiTFSI）的浓缩电解质仍存在铝集流体腐蚀问题，这阻碍了其在锂电池中的应用[30]。
目前，商业化电解液的基本骨架成分仍为六氟磷酸锂（LiPF6与碳酸酯类溶剂的组合。尽管溶剂分子会与锂离子（Li+六氟磷酸锂（LiPF6/碳酸丙烯酯（PC）体系的研究已在5V级LiNi0.5Mn1.5阴极[31]。局部盐/溶剂结构很少受到氢氟醚(HFE)稀释LiPF<sub>6</sub>的影响。42019年同一课题组开发的/DMC体系[17]。为挑战碳酸酯基电解液的共识并突破其骨架组分在5V级电池中的应用限制，我们尝试通过浓电解液概念调控溶剂化结构来定制碳酸酯基电解液性能。本工作证明了中等浓度LiPF66/DMC电解液在高电压锂金属/离子电池中经优化的溶剂化结构可呈现优异的电化学性能与安全性。LiNi基电池6Mn0.5本文研究了少量氟代碳酸亚乙酯(FEC)添加剂对锂硫电池性能的影响，并对这些异常表现背后的根本机制进行了详细探讨。1.5O4/Li cells when added a little FEC was researched here. And the fundamental mechanisms behind these unusual performances are explored in detail.