AEM: 热响应型单溶剂电解质抑制寄生反应以保障锂金属电池安全

文章总结

液态和凝胶态聚合物电解质中的溶剂，因有助于提高高能量密度锂金属电池的离子电导率而被认可。然而，涉及溶剂和锂金属的副反应会在热滥用条件下引发安全风险，并且在室温循环过程中会导致电池寿命不佳，而这些方面很少有人研究。本研究引入了一种热响应型单溶剂电解质，将其作为内置安全开关。这种单溶剂电解质在温度升高时会发生聚合反应，形成一种无残留溶剂的钝化聚合物网络。该聚合物具有较高的热稳定性，在 200 ℃时质量保留率为 91%，并且能显著抑制锂金属与电解质之间的副反应，降低热失控风险。与热响应型凝胶聚合物电解质相比，使用这种电解质的安时级锂 || 镍钴锰酸锂（LiNi₀.₈Co₀.₁Mn₀.₁O₂）软包电池能有效地将热失控的临界温度提高 75℃。在环境温度下，这种电解质能促进形成富含氟化锂（LiF）和氧化锂（Li₂O）的稳定固体电解质界面（SEI），从而有效减少副反应以及锂负极上枝晶的生长。因此，即使在高负载正极（19.7 毫克每平方厘米，3 毫安时每平方厘米）的情况下，锂 || 镍钴锰酸锂（LiNi₀.₅Co₀.₂Mn₀.₃O₂）电池在经过 152 次循环后仍能保持 91% 的容量。这项研究为抑制电化学循环和热失控过程中的副反应提供了有价值的见解，提高了高能量密度电池的使用寿命和安全性。

图文简介

热响应型凝胶电解质和聚合物电解质的安全性差异示意图

各种电解质中溶剂化结构的表征

使用不同电解质的锂金属电池（LMBs）的电化学性能

不同电解质的固有热特性

锂 || 镍钴锰酸锂（NCM811）软包型电池的热失控特性

论文信息

通讯作者： Xin Shen, Xin-Bing Cheng

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