Adv. Energy Mater. LiPF6電解液提升LIBs電化學性能

駑馬一越縱橫五洲 7年前 (2016-12-28) 4119瀏覽

【引言】

儲能器件容量的提高一直是人們關注的焦點，鈷酸鋰等商業化正極材料比容量在150mA h g-1,面對高容量的需求顯得捉襟見肘。在眾多候選材料中，過渡族金屬氟化物憑借多電子反應機理，比容量達到500mA h g-1，但是電導率很差，改進后的金屬氟氧化物改善了電導率，卻對鋰離子不親和。圍繞這些問題，二元金屬氧化物作為儲鋰材料，LiF 提供Li+合成的氧化復合正極材料成為研究熱點。

【成果簡介】

來自法蘭西學院固體化學和能源院的Jean-Marie Tarascon教授和香港科技大學陳國華教授課題組在ADVANCE ENERGY MATERIALS上發表了名為Triggering the In Situ Electrochemical Formation of High Capacity Cathode Material from MnO的文章，展示了他們在研究MnO-LiF復合物正極材料上的最新進展。使用MnO-LiF復合物正極材料獲得超過200mA h g-1的比容量，氧化電壓超過4.5 V。通過MnO-LiF和MnO 兩種正極材料的對比發現，相比富鋰電極，MnO 正極材料的比容量超過 ? ? ?300mA h g-1，并給出了LiPF6電解液提供氟原子優化了MnO的解釋。

【圖文導讀】

圖1. 恒電流循環條件下MnO-1.5LiF 和 MnO分別在LiPF6電解液中電化學性能測試圖

(a)MnO-1.5LiF復合物在LiPF6電解液中電化學性能測試圖

(b)MnO在LiPF6電解液中電化學性能測試圖

(c)兩種正極材料循環測試對比圖

圖2.MnO-xLiF復合物分別在LiPF6和LiClO4電解液中的循環性能測試

(a)電解液為LiPF6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(b)電解液為LiClO4

圖3.MnO在不同電解液中的循環性能測試圖

電解液分別為LiBF6 ??LiPF6 ?LiTFSI ??LiClO4

圖4.電解液中氟含量的操作方法

(a)MnO 在LiPF6電解液中添加1 wt% Mg(TFSI)2研究F-的影響，結果表明電解液中的F-與MnO電極的電化學活性聯系緊密

(b)MnO/LiPF6/Li電池電壓逐漸升高到4.8V，并保持72小時，獲得持續的可逆容量為188mA h g-1

(c)MnO/LiPF6/Li電池以C/15小電流充電，隨著電解質分解，平臺在4.5V時出現出現

(d)兩條循環曲線在90mA h g-1時幾乎重合

圖5.前兩次循環對應氣體濃度檢測

MnO在LiPF6電解液中進行原位在線電化學質譜檢測（OEMS），前兩次循環對應揮發性物質濃度，m/z= 85, 2, 44分別對應 POF3, H2和CO2，它們產生反應方程式對應如下：

1.LiPF6??? ?LiF+ PF5

2.HRCO3?→ + RO+CO2?+ H+?+ e?

3.PF5?+ ROH → POF3+HF +RF

4.2ROH + 2e?→H2+2RO?

【小結】

本課題小組通過實驗證明了正極材料MnO會通過電化學驅動分散與LiPF6電解液發生反應，幫助電極容量達到300mA h g-1，循環性能方面，在C/5電流密度下循環數次后仍然能保存75%的能量密度。以往被認為對電池有害的LiPF6，通過我們原位設計使其有益于能量密度的提高。但是根據目前的發現還不能預測它的前景，其內部機理還有待進一步探索。

 

原文鏈接：Triggering the In Situ Electrochemical Formation of High?Capacity Cathode Material from MnO（Adv. Energy Mater.,2017,DOI: 10.1002/aenm.201602200）

本文由材料人編輯部新能源學術組 YueZhou 供稿。點這里加入材料人的大家庭。參與新能源話題討論請加入“材料人新能源材料交流群 422065952”，歡迎關注微信公眾號，微信搜索“新能源前線”或掃碼關注。

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