Angew. Chem. :高抗氧化性氰基化硼酸锂盐提高实用锂离子电池循环性能

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作为锂电池必要组成部分的电解质锂盐,被认为是锂电池的“血液”和“明珠”,在锂电池中起着至关重要的核心作用,它不仅可以为电池提供自由穿梭的锂离子,而且有助于在正负极表面形成有利的界面膜,在很大程度上决定着锂电池的性能。


目前商业化使用最多的锂盐是LiPF6,然而其热稳定性差,对水敏感的问题,限制其更广泛的应用。过去的几十年里,人们致力于设计和合成新型锂盐以取代LiPF6。其中,结合双(草酸)硼酸锂(LiBOB)和四氟硼酸锂(LiBF4)优点的二氟(草酸)硼酸盐锂(LiDFOB),具有较好的热力学稳定性等性能。然而其结构中存在草酸盐(C2O4)官能团,在高温、高电压条件下,基于LiDFOB的电解液容易发生严重的氧化分解,容易形成较厚的界面层并产生大量气体物质(例如CO2),这将劣化电池循环寿命并引起安全问题,造成电池的过早失效,限制了LiDFOB作为锂电池主盐的大规模商业应用。因此,除去LiDFOB中的草酸官能团部分对于提高其电化学抗氧化性和抑制产气至关重要。



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近日,中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员课题组创新性地合成了一种新型氰基官能化LiDFOB类似物,即二氟(1,1,2,2-四氰基-1,2-二氧乙基)硼酸锂(LiDFTCB),作为实用锂离子电池的高抗氧化锂盐。

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经证实,基于1.6M LiDFTCB-碳酸亚丙酯(PC)电解液的LiCoO2/石墨(正极负载=15.6 mg cm-2),在室温和高温下,都具有优异的容量保持率。另外,在50 °C条件下,LiDFOB锂盐发生严重分解,并在高压LiCoO2正极和石墨负极上形成厚界面层。与此形成鲜明对比的是,LiDFTCB盐倾向于在两个电极上形成薄而坚固的界面层,从而防止50 °C下电池容量的严重衰减。并且,其较高的锂离子迁移数赋予了LiDFTCB-PC电解液更加优异的倍率性能。更重要的是,当在50 °C下使用LiDFTCB盐时,没有检测到CO2气体。这些结果强调了氰基官能化阴离子在提高实用锂离子电池性能方面的重要性。

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总之,这项工作创新性的合成了一种新型含氰基锂盐LiDFTCB,强调了设计具有优异界面相容性的新型锂盐用于实际锂离子电池的重要性。

文信息

Highly Oxidative-Resistant Cyano-Functionalized Lithium Borate Salt for Enhanced Cycling Performance of Practical Lithium-Ion Batteries

Xueqing Min, Changxing Han, Shenghang Zhang, Jun Ma, Naifang Hu, Jiedong Li, Xiaofan Du, Bin Xie, Hong-Ji Lin, Chang-Yang K


Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202302664




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