在我們依賴技術(shù)的社會中，我們的設(shè)備(包括手機和筆記本電腦)的移動性、可靠性和安全性至關(guān)重要。同樣重要的是我們能夠輕松地為這些設(shè)備充電和充電，以便在我們需要時可以使用它們。為此，我們使用可充電電池，特別是鋰離子電池 (LIB)。它們?yōu)槲覀兲峁┝怂璧男袆幼杂珊瓦B通性。隨著社會需求的發(fā)展，我們的技術(shù)也在不斷發(fā)展，支持我們使用這項技術(shù)的電池也必須不斷發(fā)展。關(guān)于鋰離子電池最緊迫的問題之一是其安全性。盡管很少見，但電化學(xué)系統(tǒng)不穩(wěn)定會導(dǎo)致爆炸和火災(zāi)問題。“因此，迫切需要開發(fā)能夠提供更高能量密度、更長循環(huán)壽命和更高安全性的鋰離子電池，”該論文的通訊作者、中國北京理工大學(xué)教授白英說。

北京科學(xué)家一直在研究在鋰離子電池的砜基電解液中使用添加劑來提高其性能。他們發(fā)現(xiàn)，通過添加三苯基氧化膦(TPPO)，“TPPO提高了電解液的熱穩(wěn)定性，這對于推動鋰離子電池的發(fā)展具有重要的工業(yè)價值和TPPO作為添加劑的基礎(chǔ)意義。”論文通訊作者、北京理工大學(xué)教授。

他們的研究結(jié)果將于 1 月 30 日發(fā)表在Energy Materials and Devices上。

當(dāng)鋰離子電池放電時，鋰離子從陽極(電流進入電池的電極)移動，通過電解質(zhì)，穿過隔膜到達陰極(電流離開蓄電池的地方)，為電池提供能量。設(shè)備。充電時路徑相反。“在電池的組成中，鋰離子電池中使用的非水電解質(zhì)在確定循環(huán)壽命、功率密度和效率等關(guān)鍵性能參數(shù)方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，”白英說。功率密度是單位體積存儲功率的衡量標準，循環(huán)壽命是電池在開始減少其可容納電量百分比之前可以經(jīng)歷的充電/放電循環(huán)次數(shù)。

目前使用的電解質(zhì)溶液在循環(huán)穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性和安全性方面存在一些問題。他們沒有完全改變電解質(zhì)溶液，而是選擇測試在電解質(zhì)中使用添加劑TPPO，以提高整個電池的性能。

測試發(fā)現(xiàn) TPPO 具有幾個重要的特性。“首先，它降低了砜電解質(zhì)的燃點;其次，它選擇性地形成穩(wěn)定的鈍化膜，增強了砜電解質(zhì)與電極材料之間的界面穩(wěn)定性。” 當(dāng) TPPO 分解并覆蓋陰極時，會形成鈍化膜，使其更耐磨損，同樣減少電解質(zhì)的擊穿，同時增強鋰離子在電解質(zhì)中的移動。

通過理論計算、電化學(xué)表征和可燃性測試，研究人員發(fā)現(xiàn)“在基于砜的電解質(zhì)中添加2 wt.% TPPO可顯著增強20-60°C溫度范圍內(nèi)的離子電導(dǎo)率。此外，它還提高了鋰離子電池在2-4.8 V范圍內(nèi)的放電容量，同時保持優(yōu)異的倍率性能和循環(huán)穩(wěn)定性。可燃性測試和熱重分析(TGA)結(jié)果表明該電解液具有優(yōu)異的不可燃性和熱穩(wěn)定性。”

簡而言之，他們開發(fā)的新型電解質(zhì)更安全，因為它不易燃、熱穩(wěn)定并且具有更高的能量放電能力。

其他貢獻者包括來自中國北京北京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院的 Qiaojun Li、Wenya Wu、Haixia Ren;李宇，來自中國北京北京理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院和中國嘉興北京理工大學(xué)長三角地區(qū)研究院。

該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、廣東省科技計劃、有色金屬研究總院和北京理工大學(xué)青年基金項目的資助。