优化Li||NCM811电池电解液溶剂化和电极电解液界面的阴离子受体添加剂策略

刘建东 李鑫 吴达雄 王华平 黄俊达 马建民

引用本文: 刘建东, 李鑫, 吴达雄, 王华平, 黄俊达, 马建民. 优化Li||NCM811电池电解液溶剂化和电极电解液界面的阴离子受体添加剂策略[J]. 物理化学学报, 2024, 40(6): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306039 shu
Citation:  Jiandong Liu, Xin Li, Daxiong Wu, Huaping Wang, Junda Huang, Jianmin Ma. Anion-Acceptor Electrolyte Additive Strategy for Optimizing Electrolyte Solvation Characteristics and Electrode Electrolyte Interphases for Li||NCM811 Battery[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2024, 40(6): 230603. doi: 10.3866/PKU.WHXB202306039 shu

优化Li||NCM811电池电解液溶剂化和电极电解液界面的阴离子受体添加剂策略

    通讯作者: 马建民, nanoelechem@hnu.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 51971090

    国家自然科学基金 U21A20311

摘要: 锂金属电池的循环稳定性和倍率能力受制于多个因素,如阳极/阴极电解液界面的品质和电解液溶剂化特性。在该工作中,我们提出了阴离子受体电解液添加剂策略,通过六氟苯添加剂对Li+溶剂化结构进行调控,实现了PF6的稳定性并提高了电解液的导电性,优化了阳极/阴极电解液界面中间相的组分/结构特征,有效抑制了锂枝晶的生长和提升了阴极表面的Li+传输,Li||Li对称电池在1 mA∙cm−2的电流密度下实现超过400 h的稳定循环,并且Li||NCM811电池在200 mA∙g−1的电流密度下经过100次循环后的容量保持率达到75%。

English

    1. [1]

      黄俊达, 朱宇辉, 冯煜, 韩叶虎, 谷振一, 刘日鑫, 杨冬月, 陈凯, 张相禹, 孙威, 等. 物理化学学报, 2022, 38, 2208008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202208008Huang, J.-D.; Zhu, Y.-H.; Feng, Y.; Han, Y.-H.; Gu, Z.-Y., Liu, R.-X.; Yang, D. Y.; Chen, K.; Zhang, X. Y.; Sun, W.; et al. Acta Phys.-Chim. Sin. 2022, 38, 2208008. doi: 10.3866/PKU.WHXB202208008

    2. [2]

      Shi, P.; Liu, Z.-Y.; Zhang, X.-Q.; Chen, X.; Yao, N.; Xie, J.; Jin, C.-B.; Zhan, Y.-X.; Ye, G.; Huang, J.-Q.; et al. J. Energy Chem. 2022, 64, 172. doi: 10.1016/j.jechem.2021.04.045

    3. [3]

      Li, X.; Liu, J.; He, J.; Wang, H.; Qi, S.; Wu, D.; Huang, J.; Li, F.; Hu, W.; Ma, J. Adv. Funct. Mater. 2021, 31, 2104395. doi: 10.1002/adfm.202104395

    4. [4]

      Li, D.; Luo, L.; Zhu, J.; Qin, H.; Liu, P.; Sun, Z.; Lei, Y.; Jiang, M. Chin. Chem. Lett. 2022, 33, 1025. doi: 10.1016/j.cclet.2021.07.021

    5. [5]

      Wu, N.; Zhang, Q.-Y.; Guo, Y.-J.; Zhou, L.; Zhang, L.-J.; Wu, M.-X.; Wang, W.-P.; Yin, Y.-X.; Sheng, P.; Xin, S. Rare Metals 2022, 41, 2217. doi: 10.1007/s12598-021-01944-5

    6. [6]

      Tan, J.; Matz, J.; Dong, P.; Shen, J.; Ye, M. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2100046. doi: 10.1002/aenm.202100046

    7. [7]

      Yang, Q.; Li, C. Energy Storage Mater. 2018, 14, 100. doi: 10.1016/j.ensm.2018.02.017

    8. [8]

      Biswal, P.; Kludze, A.; Rodrigues, J.; Deng, Y.; Moon, T.; Stalin, S.; Zhao, Q.; Yin, J.; Kourkoutis, L. F.; Archer, L. A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2021, 118, e2012071118. doi: 10.1073/pnas.2012071118

    9. [9]

      Cheng, X.-B.; Zhang, R.; Zhao, C.-Z.; Wei, F.; Zhang, J.-G.; Zhang, Q. Adv. Sci. 2016, 3, 1500213. doi: 10.1002/advs.201500213

    10. [10]

      Li, Y.; Li, Y.; Zhang, L.; Tao, H.; Li, Q.; Zhang, J.; Yang, X. J. Energy Chem. 2023, 77, 123. doi: 10.1016/j.jechem.2022.10.026

    11. [11]

      Han, J.-G.; Jeong, M.-Y.; Kim, K.; Park, C.; Sung, C. H.; Bak, D. W.; Kim, K. H.; Jeong, K.-M.; Choi, N.-S. J. Power Sources 2020, 446, 227366. doi: 10.1016/j.jpowsour.2019.227366

    12. [12]

      Liu, J.; Wang, Y.; Liu, F.; Cheng, F.; Chen, J. J. Energy Chem. 2020, 42, 1. doi: 10.1016/j.jechem.2019.05.017

    13. [13]

      Wotango, A. S.; Su, W.-N.; Leggesse, E. G.; Haregewoin, A. M.; Lin, M.-H.; Zegeye, T. A.; Cheng, J.-H.; Hwang, B.-J. ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 2410. doi: 10.1021/acsami.6b13105

    14. [14]

      Han, J.-G.; Kim, K.; Lee, Y.; Choi, N.-S. Adv. Mater. 2019, 31, 1804822. doi: 10.1002/adma.201804822

    15. [15]

      Solchenbach, S.; Metzger, M.; Egawa, M.; Beyer, H.; Gasteiger, H. A. J. Electrochem. Soc. 2018, 165, A3022. doi: 10.1149/2.0481813jes

    16. [16]

      Li, X.; Liu, J.; He, J.; Qi, S.; Wu, M.; Wang, H.; Jiang, G.; Huang, J.; Wu, D.; Li, F.; et al. Adv. Sci. 2022, 9, 2201297. doi: 10.1002/advs.202201297

    17. [17]

      Zhu, Y.; Li, X.; Si, Y.; Zhang, X.; Sang, P.; Fu, Y. J. Energy Chem. 2022, 73, 422. doi: 10.1016/j.jechem.2022.06.046

    18. [18]

      Lu, L.-L.; Ge, J.; Yang, J.-N.; Chen, S.-M.; Yao, H.-B.; Zhou, F.; Yu, S.-H. Nano Lett. 2016, 16, 4431. doi: 10.1021/acs.nanolett.6b01581

    19. [19]

      Yoo, D.-J.; Elabd, A.; Choi, S.; Cho, Y.; Kim, J.; Lee, S. J.; Choi, S. H.; Kwon, T.-w.; Char, K.; Kim, K. J.; et al. Adv. Mater. 2019, 31, 1901645. doi: 10.1002/adma.201901645

    20. [20]

      Wang, Z.; Wang, X.; Sun, W.; Sun, K. Electrochim. Acta 2017, 252, 127. doi: 10.1016/j.electacta.2017.08.179

    21. [21]

      Zhang, R.; Cheng, X.-B.; Zhao, C.-Z.; Peng, H.-J.; Shi, J.-L.; Huang, J.-Q.; Wang, J.; Wei, F.; Zhang, Q. Adv. Mater. 2016, 28, 2155. doi: 10.1002/adma.201504117

    22. [22]

      Sun, Z.; Jin, S.; Jin, H.; Du, Z.; Zhu, Y.; Cao, A.; Ji, H.; Wan, L.-J. Adv. Mater. 2018, 30, 1800884. doi: 10.1002/adma.201800884

    23. [23]

      Ni, S.; Tan, S.; An, Q.; Mai, L. J. Energy Chem. 2020, 44, 73. doi: 10.1016/j.jechem.2019.09.031

    24. [24]

      Li, P.; Dong, X.; Li, C.; Liu, J.; Liu, Y.; Feng, W.; Wang, C.; Wang, Y.; Xia, Y. Angew. Chem. Int. Ed. 2019, 58, 2093. doi: 10.1002/anie.201813905

    25. [25]

      Fu, J.; Ji, X.; Chen, J.; Chen, L.; Fan, X.; Mu, D.; Wang, C. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 22194. doi: 10.1002/anie.202009575

    26. [26]

      Liu, J.; Wu, M.; Li, X.; Wu, D.; Wang, H.; Huang, J.; Ma, J. Adv. Energy Mater. 2023, 13, 2300084. doi: 10.1002/aenm.202300084

    27. [27]

      Liu, X.; Fu, A.; Lin, J.; Zou, Y.; Liu, G.; Wang, W.; Wu, D.-Y.; Yang, Y.; Zheng, J.; Ye, L. ACS Appl. Energy Mater. 2023, 6, 2001. doi: 10.1021/acsaem.2c03934

    28. [28]

      Wu, D.; He, J.; Liu, J.; Wu, M.; Qi, S.; Wang, H.; Huang, J.; Li, F.; Tang, D.; Ma, J. Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200337. doi: 10.1002/aenm.202200337

    29. [29]

      Li, F.; He, J.; Liu, J.; Wu, M.; Hou, Y.; Wang, H.; Qi, S.; Liu, Q.; Hu, J.; Ma, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 6600. doi: 10.1002/anie.202013993

    30. [30]

      Huang, J.; Liu, J.; He, J.; Wu, M.; Qi, S.; Wang, H.; Li, F.; Ma, J. Angew. Chem. Int. Ed. 2021, 60, 20717. doi: 10.1002/anie.202107957

    31. [31]

      Liu, Y.; Tao, X.; Wang, Y.; Jiang, C.; Ma, C.; Sheng, O.; Lu, G.; Lou, X. W. Science 2022, 375, 739. doi: 10.1126/science.abn1818

    32. [32]

      Heine, J.; Hilbig, P.; Qi, X.; Niehoff, P.; Winter, M.; Bieker, P. M. J. Electrochem. Soc. 2015, 162, A1094. doi: 10.1149/2.0011507jes

    33. [33]

      Lu, Y.; Tu, Z.; Archer, L. A. Nat. Mater. 2014, 13, 961. doi: 10.1038/nmat4041

    34. [34]

      Liang, J.-Y.; Zhang, X.-D.; Zeng, X.-X.; Yan, M.; Yin, Y.-X.; Xin, S.; Wang, W.-P.; Wu, X.-W.; Shi, J.-L.; Wan, L.-J.; et al. Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59, 6585. doi: 10.1002/anie.201916301

    35. [35]

      Wu, Y.; Feng, X.; Liu, X.; Wang, X.; Ren, D.; Wang, L.; Yang, M.; Wang, Y.; Zhang, W.; Li, Y.; et al. Energy Storage Mater. 2021, 43, 248. doi: 10.1016/j.ensm.2021.09.007

    36. [36]

      Lee, Y.-M.; Nam, K.-M.; Hwang, E.-H.; Kwon, Y.-G.; Kang, D.-H.; Kim, S.-S.; Song, S.-W. J. Phys. Chem. C 2014, 118, 10631. doi: 10.1021/jp501670g

    37. [37]

      Pham, H. Q.; Chung, G. J.; Han, J.; Hwang, E.-H.; Kwon, Y.-G.; Song, S.-W. J. Chem. Phys. 2020, 152, 094709. doi: 10.1063/1.5144280

    38. [38]

      Su, H.; Chen, Z.; Li, M.; Bai, P.; Li, Y.; Ji, X.; Liu, Z.; Sun, J.; Ding, J.; Yang, M.; et al. Adv. Mater. 2023, 35, 2301171. doi: 10.1002/adma.202301171

    39. [39]

      Zhu, C.; Wu, D.; Wang, Z.; Wang, H.; Liu, J.; Guo, K.; Liu, Q.; Ma, J. Adv. Funct. Mater. 2023, 2214195. doi: 10.1002/adfm.202214195

    40. [40]

      Kim, E.; Lee, J.; Kim, D.; Lee, K. E.; Han, S. S.; Lim, N.; Kang, J.; Park, C. G.; Kim, K. Chem. Commun. 2009, 1472. doi: 10.1039/B823110A

    41. [41]

      Hou, T.; Yang, G.; Rajput, N. N.; Self, J.; Park, S.-W.; Nanda, J.; Persson, K. A. Nano Energy 2019, 64, 103881. doi: 10.1016/j.nanoen.2019.103881

    42. [42]

      VandeVondele, J.; Krack, M.; Mohamed, F.; Parrinello, M.; Chassaing, T.; Hutter, J. Comput. Phys. Commun. 2005, 167, 103. doi: 10.1016/j.cpc.2004.12.014

    43. [43]

      Hutter, J.; Iannuzzi, M.; Schiffmann, F.; VandeVondele, J. WIREs Comput. Mol. Sci. 2014, 4, 15. doi: 10.1002/wcms.1159

    44. [44]

      Piao, Z.; Gao, R.; Liu, Y.; Zhou, G.; Cheng, H.-M. Adv. Mater. 2023, 35, 2206009. doi: 10.1002/adma.202206009

    45. [45]

      Wu, J.; Gao, Z.; Wang, Y.; Yang, X.; Liu, Q.; Zhou, D.; Wang, X.; Kang, F.; Li, B. Nano-Micro Lett. 2022, 14, 147. doi: 10.1007/s40820-022-00896-4

    46. [46]

      Zheng, H.; Xie, Y.; Xiang, H.; Shi, P.; Liang, X.; Xu, W. Electrochim. Acta 2018, 270, 62. doi: 10.1016/j.electacta.2018.03.089

    47. [47]

      Plimpton, S. J. Comput. Phys. 1995, 117, 1. doi: 10.1006/jcph.1995.1039

    48. [48]

      Qiao, L.; Rodriguez Peña, S.; Martínez-Ibañez, M.; Santiago, A.; Aldalur, I.; Lobato, E.; Sanchez-Diez, E.; Zhang, Y.; Manzano, H.; Zhu, H.; et al. J. Am. Chem. Soc. 2022, 144, 9806. doi: 10.1021/jacs.2c02260

    49. [49]

      Xiong, S.; Xie, K.; Diao, Y.; Hong, X. J. Power Sources 2014, 246, 840. doi: 10.1016/j.jpowsour.2013.08.041

    50. [50]

      Zou, P.; Wang, Y.; Chiang, S.-W.; Wang, X.; Kang, F.; Yang, C. Nat. Commun. 2018, 9, 464. doi: 10.1038/s41467-018-02888-8

    51. [51]

      Gao, X.; Zhou, Y.-N.; Han, D.; Zhou, J.; Zhou, D.; Tang, W.; Goodenough, J. B. Joule 2020, 4, 1864. doi: 10.1016/j.joule.2020.06.016

    52. [52]

      Wang, H.; Gao, H.; Chen, X.; Zhu, J.; Li, W.; Gong, Z.; Li, Y.; Wang, M.-S.; Yang, Y. Adv. Energy Mater. 2021, 11, 2102148. doi: 10.1002/aenm.202102148

    53. [53]

      Oh, J.-M.; Venters, C. C.; Di, C.; Pinto, A. M.; Wan, L.; Younis, I.; Cai, Z.; Arai, C.; So, B. R.; Duan, J.; et al. Nat. Commun. 2020, 11, 1. doi: 10.1038/s41467-019-13993-7

    54. [54]

      Cui, C.; Fan, X.; Zhou, X.; Chen, J.; Wang, Q.; Ma, L.; Yang, C.; Hu, E.; Yang, X.-Q.; Wang, C. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 8918. doi: 10.1021/jacs.0c02302

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  8
  • 文章访问数:  671
  • HTML全文浏览量:  144
文章相关
  • 发布日期:  2024-06-15
  • 收稿日期:  2023-06-26
  • 接受日期:  2023-08-16
  • 修回日期:  2023-08-01
  • 网络出版日期:  2023-08-28
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章