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碳酸亚乙烯酯启发的1,3-二甲基-1H-咪唑-2(3H)-一添加剂的合理设计稳定高压锂金属电池

ACS Nano ( IF 15.8 ) Pub Date : 2024-02-11 , DOI: 10.1021/acsnano.3c13117
Jingtang Wang 1, 2, 3 , Ting Ou 4 , Lu Gao 2 , Lei Zeng 1, 2, 3 , Heyuan Sun 1, 2, 3 , Yong Hu 1, 3 , Xiaopeng Pei 2 , Ying Tan 2
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采用高压富镍阴极的锂金属电池(LMB)是实现更高能量密度存储系统的一种有前景的策略。然而,电解质-电极界面(EEI)的不稳定性目前阻碍了这些先进系统转化为实际应用。在此,合成了1,3-二甲基-1H-咪唑-2( 3H )-酮(DMIO),它综合了碳酸亚乙烯酯(VC)的结构特征,同时用给电子氮取代了氧,并被验证为多功能化合物。用于高压 LMB 的电解液添加剂。理论计算和实验结果表明,DMIO 中有效的给电子氮使得 DMIO 在阴极优先氧化,同时保留其碳-碳双键,从而在阳极同时发生还原。因此,产生了强大的 DMIO 衍生 EEI,增强了全细胞的循环。此外,DMIO 利用基于路易斯酸的相互作用来协调和隔离酸性 LiPF 6分解副产物中的质子,同时延迟 LiPF 6水解,同时减少酸性物质对 EEI 的寄生消耗。因此,在传统碳酸盐电解质中加入 DMIO 可以将 Li||NCM622 电池在 600 次循环后的容量保持率提高至 81%,而基线电解质中的容量保持率为 26%。同样,DMIO 改善了 Li 阳极循环性能,在 Li||Li 对称电池中显示出超过 200 小时的延长寿命,并将 Li||Cu 电池中的库仑效率从 76% 提高到 88%。 DMIO 对阴极和阳极的协同效应可显着提高电池寿命。 这种合理设计的多功能电解质添加剂范例提供了重要的见解,可以转化为进一步的电解质分子工程策略。




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更新日期:2024-02-11
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