柱状金属锂沉积物:电解液添加剂的影响

作     者：杨世杰 徐向群 程新兵 王鑫萌 陈金秀 肖也 袁洪 刘鹤 陈爱兵 朱万诚 黄佳琦 张强 Shijie Yang;Xiangqun Xu;Xinbing Cheng;Xinmeng Wang;Jinxiu Chen;Ye Xiao;Hong Yuan;He Liu;Aibing Chen;Wancheng Zhu;Jiaqi Huang;Qiang Zhang

作者机构：北京理工大学材料学院北京100081 清华大学化学工程系绿色反应工程与工艺北京市重点实验室北京100084 北京理工大学前沿交叉科学研究院北京100081 河北科技大学化学与制药工程学院石家庄050018 曲阜师范大学化学与化工学院山东曲阜273165 

出 版 物：《物理化学学报》 (Acta Physico-Chimica Sinica)

年 卷 期：2021年第37卷第1期

页      面：136-143页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 08[工学] 080502[工学-材料学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家重点研发计划(2016YFA0202500,2016YFA0200102) 国家自然科学基金(21805161,21808124,U1932220)资助项目 

主　　题：金属锂电池 柱状锂 电解液 氟化锂 长径比 

摘      要：二次电池的能量密度已成为推动电动汽车和便携式电子产品技术向前发展的重要指标。使用石墨负极的锂离子电池正接近其理论能量密度的天花板,但仍难以满足高端储能设备的需求。金属锂负极因其极高的理论比容量和极低的电极电位,受到了广泛关注。然而,锂沉积过程中枝晶的生长会导致电池安全性差等问题。电解液对金属锂的沉积有着至关重要的影响。本文设计了一种独特的电解槽体系来进行柱状锂的沉积,研究了不同电解液体系(1mol·L^(-1)LiPF6-碳酸乙烯酯/碳酸二乙酯(EC/DEC,体积比为1:1)、1 mol·L^(-1) LiPF6-氟代碳酸乙烯酯(FEC,体积分数5%)-EC/DEC (体积比为1:1))对金属锂沉积的影响。对两种电解液中金属锂沉积物长径比的研究表明,电解液的组分可以显著地影响金属锂的沉积形貌,在加入氟代碳酸乙烯酯(FEC)添加剂之后,柱状锂的直径从0.3–0.6μm增加到0.7–1.3μm,长径比从12.5下降到5.6。长径比的降低有助于减小金属锂和电解液的反应面积,提高金属锂负极的利用率和循环寿命。通过考察循环后锂片的表面化学性质,发现FEC的分解增加了锂表面固态电解质界面层中氟化锂(LiF)组分的比例,提高了界面层中锂离子的扩散速率,减少了锂的成核位点,从而给予锂核更大的生长空间,降低了沉积出的柱状锂的长径比。