Maßgeschneiderte fluorreiche Festelektrolyt-Interphase zur Verbesserung der Langzeitstabilität von Lithium-Metall-Batterien

In einer in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Wissenschaft China ChemieAls SEI-bildender Zusatzstoff wurde fluoriertes zyklisches Carbonat (DFEC) in den Etherelektrolyten eingebracht. Der modifizierte Elektrolyt könnte die Schnittstelle der Li-Metallanode verbessern und eine hohe Effizienz und lange Zyklenstabilität von LMBs erreichen.

LMBs gelten aufgrund der hohen spezifischen Kapazität (3860 mAh g−1) und des niedrigen Elektrodenpotentials (-3,04 V vs. SHE) der Li-Metallanode als das vielversprechendste Batteriesystem der nächsten Generation.

Es gibt jedoch viele begrenzende Faktoren, die die Entwicklung von LMBs begrenzen – wie etwa eine Nebenreaktion zwischen Li-Anode und Elektrolyt, Li-Dendritenwachstum und ein schwerwiegender Volumeneffekt der Li-Anode usw. –, die zu einer niedrigen Coulomb-Effizienz (CE) führen schlechte Zyklenlebensdauer. Eine stabile Festelektrolyt-Interphase (SEI) ist der Schlüssel zum Erreichen einer hohen Effizienz und langen Zyklenstabilität von LMBs.

Die Anpassung des SEI durch Elektrolytoptimierung gilt als kostengünstige und effiziente Möglichkeit zur Verbesserung der Li-Metall-Anodenschnittstelle. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, eine Elektrolytformulierung zu entwickeln, die eine stabile SEI bilden kann. Der Schlüssel liegt in der Wahl der Lösungsmittel und des filmbildenden Additivs.

Kürzlich schlugen Prof. Renjie Chen und Prof. Ji Qian einen Ether-Ester-Mischelektrolyten vor, bei dem trans-Difluorethylencarbonat (DFEC) als filmbildender Zusatzstoff in den Etherelektrolyten eingebracht wurde. Erstens weist der Etherelektrolyt eine gute Antireduktionsstabilität mit Li-Metall auf. Zweitens kann DFEC aufgrund des niedrigeren LUMO-Niveaus während des Anfangszyklus bevorzugt reduziert werden, wodurch sich LiF-reiches SEI auf der Li-Metallanode bildet.

LiF-reiches SEI kann das Wachstum von Lithiumdendriten hemmen, Nebenreaktionen lindern und eine dichte Lithiumablagerung induzieren. Dank der oben genannten Vorteile weisen die LMBs, die modifizierten Elektrolyten verwenden, eine hohe Effizienz und eine stabile Zyklenleistung auf. Der Erstautor dieser Arbeit ist Tianyang Xue, ein Doktorand am Beijing Institute of Technology, und die entsprechenden Autoren sind Prof. Renjie Chen, Prof. Ji Qian und Prof. Xingming Guo.

Daraus ergeben sich einige Implikationen für die Entwicklung eines Elektrolyten zur Steigerung der hohen Effizienz und Langzeitstabilität von LMBs. Diese Arbeit untersucht die Interphasenchemie von LMBs und liefert wichtige Erkenntnisse für weitere Untersuchungen des neuartigen Elektrolytsystems für LMBs.