服务热线:18071023591
新闻中心 多种规格的组件和系统解决方案满足您多样化需求

【硒氰酸钾应用潜力】点“硒”成“膜”,双功能硒氰酸钾(KSeCN)添加剂实现高电压(4.6 V)钴酸锂基锂金属电池长循环寿命

日期: 2022-05-14
浏览次数: 158
分享到:

      “双碳”目标背景下,大力发展可再生能源,以取代传统化石燃料,已成为全球共识。近30年来,锂离子电池也以惊人的速度发展。然而,随着人类社会对能源需求的不断增加,石墨负极由于理论容量(372 mAh g-1)的限制,可能难以满足未来社会发展的需要。研究和探索具有更高能量密度的电池化学体系是解决当前能量壁垒的有效途径。锂具有超高的比容量(3860mAh g-1,比石墨高10倍以上)和最低的化学势(3.04 V vs. H/H+),是理想的负极材料。高压钴酸锂(LCO)正极(截止电压≥4.6 V)具有最高的体积能量密度,是便携式3C(计算机、通信和消费电子)产品的首选正极材料。因此,将锂金属负极和LCO正极相匹配构建的高压Li||LCO电池,其能量密度可得到显著提升,是未来极具前景的电池体系。


      然而,严重的锂枝晶、锂沉积/剥离过程中的低库仑效率(CE)和剧烈的体积膨胀严重阻碍了锂金属负极的实际应用,这些问题加速了锂金属负极和锂金属电池的失效。电解液优化是应对这些挑战的最有效的策略之一。在电解液中引入功能性(如含硫、含氮、含氟的官能团)的溶剂或添加剂可以显著改善锂沉积形态,使其从枝晶状转变为均匀的球状。其中,含Se的功能型添加剂能够原位形成Li2Se保护层,则可以显著改善锂沉积行为,提高锂金属负极的稳定性。此外,Li2Se具有高离子导电性和低电子导电性,可参与形成锂金属负极表面的SEI膜,以隔离锂金属和电解液的副反应。


      除了锂金属负极之外,当Li||LCO电池充电超过4.55 V时,LCO正极将面临巨大的体积变化和严重的结构损坏,并伴随O2的释放和高价Co4+的溶解。结构掺杂和界面修饰是提高高压LCO正极稳定性的最有效的策略。其中,通过电解液添加剂原位形成相对稳定的CEI膜是一种成本低廉、简单高效的途径。其中,腈类(-C≡N)电解液添加剂含有孤对电子,容易与Co4+配位,形成R-C≡Nδ--Co(4+δ)+键,能够延缓过渡金属离子的氧化和溶解。然而,-C≡N官能团易与锂金属负极发生反应,恶化锂金属负极。如何抑制腈类电解液添加剂在负极的剧烈反应,同时保障-C≡N在高电压条件下对LCO正极的稳定作用,是目前亟需解决的科学问题。

 

 

【硒氰酸钾在高压锂电中的应用潜力】点“硒”成“膜”,双功能硒氰酸钾(KSeCN)添加剂实现高电压(4.6 V)钴酸锂基锂金属电池长循环寿命

 

【工作介绍】

      近日,来自厦门大学的郑建明教授课题组,联合厦门大学杨勇教授吴德印教授和北京工业大学闫鹏飞教授,首次报道了一种新型的双功能电解液添加剂—硒氰酸钾(KSeCN)。该添加剂具有较高的HOMO(最高占据分子轨道)和较低的LUMO(最低未占据分子轨道),可在电池充、放电过程中优先分解,在LCO正极和锂金属负极表面形成含硒的保护层,抑制正、负极界面电解液的恶性分解。此外,-C≡N键有利于抑制Co离子的溶解,-Se基团能够抑制-C≡N和Li金属之间的不良反应。因此,KSeCN衍生的SEI和CEI保护膜有助于保护锂金属负极,并协同维持LCO阴极在高压下的表面结构稳定性,从而改善Li||LCO电池的高压循环性能。与传统酯类电解液相比,采用添有0.1 wt% KSeCN的酯类电解液组装的Li||LCO电池能够在4.6 V高截止电压下保持稳定循环。电池循环940圈后,剩余容量为129 mAh g-1(基准电解液:500次循环后剩余容量仅为33 mAh g-1)。因此,KSeCN电解液添加剂在高电压锂电池中有着潜在的应用前景。此外,文中通过物理、化学和电化学等表征手段,结合理论计算,深入挖掘并分析了电化学性能增强背后的潜在机制,为理性设计适用于高电压锂金属电池的添加剂及电解液提供了新的思路。该文章发表在国际顶级期刊ACS Energy Letters上,符昂、林建德、张正锋为本文共同第一作者。


(消息来源:http://nyxr-home.com/79841.html

相关新闻推荐
  • 点击次数: 364
    2022 - 06 - 27
    (消息来源:微看宝清)近年来,我县深入贯彻落实中央和省委、市委关于实施乡村振兴战略的部署要求,依托全境近6000平方公里富硒区域和三江平原富硒土壤核心区的资源禀赋,持续深化农业供给侧结构性改革,大力发展以富硒产业为支撑的绿色高质高效农业,着力推动农业绿色化、优质化、特色化、品牌化。      我县始终牢记习近平总书记“中国粮食、中国饭碗”的重要嘱托,大力发展优质高效农业,依托万亩水稻示范区,打造优质富硒稻米区,实现“种的好”向“卖得好”、“种得更好”转变。            连日来,在宝清县黑土头稻农业有限公司的大米加工车间里机器轰鸣,富硒水稻通过全自动稻米生产加工设备的多道加工和打磨后,变成晶莹剔透、营养丰富的富硒大米,再经过工人们打包装箱,发往全国各地。自2017年黑土头稻公司和“世界硒都”湖北恩施楚风农业联合,在尖山子乡头道林子村签订了4000亩富硒水稻订单,将“黑土头稻”富硒大米推广到全国。今年公司继续和多家企业合作,村民种植的所有富硒水稻都高于市场价进行回收,这样每户每垧地可以增收5000-8000元。   宝清县黑土头稻农业有限公司 总经理 任立刚:我们黑土头稻农业有限公司今年的订单主要来源于北京康鼎商贸、国民康健、中国地质大学(武汉),总订单量比去年增加了15%到20%。我们的发展离不开县委、县政府的支持,富硒大米每年的销量逐年递增,和现在的农业的政策是分不开的。习近平总书记也提到“藏粮于地,藏粮于技”,我们作为种地人,努力把一粒富硒米,万众致富梦,把粮食种好,把粮食品质把握好,打造好自己的黑土头稻品牌,使百姓致富增收早日实现。             ...
  • 点击次数: 1
    2022 - 06 - 07
    【硒元素的抗衰老特性不只体现在人体中】麻省理工李巨课题组最新Adv Mater成果:硒化钴酸锂正极在高能量电池中实现“抗衰老”型长寿命循环第一作者:朱智        通讯作者:李巨*单位:美国麻省理工学院【研究背景】       钴酸锂是小型智能设备用锂离子电池的主要正极材料,但就目前的商用钴酸锂而言,通过提高循环电压,其能量密度还有很大的提升空间,这也是多年来电池研究的热点。       然而高电压循环钴酸锂时,由于氧离子氧化还原对参与贡献容量,高氧化态氧离子的易迁徙性导致高电压循环时钴酸锂的严重失氧,不仅导致正极材料的不可逆相变阻碍锂离子的传导,而且氧化分解碳酸酯电解液,从而导致电池的循环寿命急剧衰减。硒元素是人体内一种特殊的具有“抗衰老”功能的元素,其通过捕捉人体新陈代谢过程中多余的氧离子自由基,从而延缓细胞老化。       本研究借助于硒元素这一独特的捕捉氧离子自由基的特点,针对钴酸锂高压失氧问题,通过原位电化学硒化处理,极好地减缓了氧化物正极在高电压循环时的失氧问题,将钴酸锂正极在4.57V高电压软包电池中实现了稳定的长寿命循环。【文章简介】       近日,来自美国麻省理工学院的李巨教授研究组 在国际顶级期刊Advanced Materials (影响因子:27.4)上发表题为“A Surface Se‐Substituted LiCo[O2δSeδ] Cathode with Ultrastable High‐Voltage Cycling in Pouch Full‐Cells” 的文章。       该论...
  • 点击次数: 158
    2022 - 05 - 14
    “双碳”目标背景下,大力发展可再生能源,以取代传统化石燃料,已成为全球共识。近30年来,锂离子电池也以惊人的速度发展。然而,随着人类社会对能源需求的不断增加,石墨负极由于理论容量(372 mAh g-1)的限制,可能难以满足未来社会发展的需要。研究和探索具有更高能量密度的电池化学体系是解决当前能量壁垒的有效途径。锂具有超高的比容量(3860mAh g-1,比石墨高10倍以上)和最低的化学势(3.04 V vs. H/H+),是理想的负极材料。高压钴酸锂(LCO)正极(截止电压≥4.6 V)具有最高的体积能量密度,是便携式3C(计算机、通信和消费电子)产品的首选正极材料。因此,将锂金属负极和LCO正极相匹配构建的高压Li||LCO电池,其能量密度可得到显著提升,是未来极具前景的电池体系。       然而,严重的锂枝晶、锂沉积/剥离过程中的低库仑效率(CE)和剧烈的体积膨胀严重阻碍了锂金属负极的实际应用,这些问题加速了锂金属负极和锂金属电池的失效。电解液优化是应对这些挑战的最有效的策略之一。在电解液中引入功能性(如含硫、含氮、含氟的官能团)的溶剂或添加剂可以显著改善锂沉积形态,使其从枝晶状转变为均匀的球状。其中,含Se的功能型添加剂能够原位形成Li2Se保护层,则可以显著改善锂沉积行为,提高锂金属负极的稳定性。此外,Li2Se具有高离子导电性和低电子导电性,可参与形成锂金属负极表面的SEI膜,以隔离锂金属和电解液的副反应。      除了锂金属负极之外,当Li||LCO电池充电超过4.55 V时,LCO正极将面临巨大的体积变化和严重的结构损坏,并伴随O2的释放和高价Co4+的溶解。结构掺杂和界面修饰是提高高压LCO正极稳定性的最有效的策略。其中,通过电解液添加剂原位形成相对稳定的CEI膜是一种成本低廉、简单高效的途径...
  • 点击次数: 6
    2022 - 03 - 31
    阳春三月,万物复苏。眼下,正是采茶的好时节。记者在开阳县龙岗镇南贡河富硒茶业有限公司的基地看到,蛰伏了整个冬季的春茶正开始吐露新绿,漫山遍野茶香弥漫,数百名采茶工人分散其间,他们腰挂竹篓,穿梭在漫山的茶树间,一双双灵巧的手在茶树上来回飞舞,忙着把一片片嫩芽采下,茶园里洋溢着丰收的喜悦。        “每天早上吃了早饭,七点就到茶山采茶,一天摘两三斤就能赚100多元,从村里过来也很方便。”龙岗镇坝子村街一组村民吴红说道。        为确保今年富硒春茶抢“鲜”上市,基地负责人李景平最近都忙于调度工人采茶。据李景平介绍,由于基地3000余亩的富硒春茶正在忙采摘,最近从其他远一点的村过来采茶的工人都会补贴车费。        除此之外,南贡河富硒茶业有限公司还从研学、实训实践、户外拓展、民宿康养、茶旅游融合等方面不断创新发展。        “在这十多年的发展过程当中,我们得到了各级政府、各部门的大力支持,2019年公司已经成功申报成为了贵阳市和开阳县中小学生研学基地和实训基地,目前公司80%以上的产品都主要出口欧盟等国家。”贵州省开阳县南贡河富硒茶业有限公司总经理李景平告诉记者。        开阳县地处全国少有的富硒地带,富硒的土壤造就了远近闻名的“开阳富硒茶”,和陕西紫阳、湖北恩施同属全国三大富硒茶产区。      &...
武汉中地西能科技有限公司
  • 微信公众号
    微信公众号
    微信公众号
  • 小程序
    小程序
    小程序
联系我们
研究院地址:武汉市东湖新技术开发区锦程街68号
成果转化中心:武汉市洪山区鲁磨路388号中国地质大学(武汉)东区
联系电话:18071023591 (罗先生)
邮箱地址:dyluo@cugse.com
友情链接
Copyright ©2019 - 2024 武汉中地西能科技有限公司 鄂ICP备19021743号-1 犀牛云提供企业云服务