赵金保课题组：新型双盐局域高浓度电解液助力实现高电压、宽温域工作的高性能锂电池

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我院赵金保教授课题组在高性能锂电池用多功能电解液研究中取得重要进展，相关研究成果以“A functional dual-salt localized high-concentration electrolyte for fast dynamic high-voltage lithium battery in wide temperature range”为题发表于Advanced Energy Materials（DOI：10.1002 /aenm.202101775）。
        交通工具日趋电动化，对锂电池的安全性、能量密度和低温工作性能提出了更高的要求。电池的能量密度一般由电极材料的平台电压和放电比容量共同决定，而电解液的耐高压性是实现电极材料高电压充放电的保障；低温工作环境下，电解液可能会发生凝固使电池性能降低。因此，适用于低温工作条件的功能电解液，成为高电压锂电池研发亟待解决的新问题。其中，高浓度电解液的溶剂不易挥发，为锂电池高安全性提供了保障；同时，加入稀释剂可得到局部高浓度的电解液，有效弥补了高浓度电解液锂盐成本高、粘度高以及浸润性差等不足，使电池能够维持良好的电化学性能，是一种极具潜力的高性能锂电池用新型电解液。

        赵金保教授课题组报道了一种浓度为2M的新型双盐局部高浓度电解液，其溶剂含高电压砜类溶剂TMS（环丁砜）和低凝固点共溶剂EA（乙酸乙酯），锂盐为LiTFSI（双三氟甲基磺酰亚胺锂）和LiDFOB（二氟草酸硼酸锂），辅助一定量的稀释剂1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（HFE）和10%wt的添加剂氟代碳酸乙烯酯（FEC）。使用该电解液，在4.6 V高电压和-40 °C低温下，Li||LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2锂电池仍具有良好的循环稳定性，并可实现10 C大电流密度条件下的快速充放电。
         研究人员对比了不同浓度LiTFSI单盐TMS/EA基电解液、LiTFSI和LiDFOB双盐TMS/EA基电解液以及相应的不同浓度局部高浓度电解液的理化性质，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）、核磁共振锂谱（7Li-NMR）以及分子动力学（MD）模拟等揭示了低浓度电解液、高浓度电解液以及局部高浓度电解液的微观结构差异性。结果表明：随着电解液浓度的提高，锂盐阴离子与锂离子的相互作用增强，其配位数显著增加到2个左右；而稀释剂的加入并不会改变原溶剂和阴离子与锂离子的配位情况，只是打破了溶剂之间的三维网状铰链溶液结构，从而有效降低了粘度。此外，研究人员还利用MD模拟及7Li-NMR等表征手段对高浓度电解液到局部高浓度电解液的优化转变的化学本质进行了探究，发现钝化膜的生成对提高电解液氧化稳定性至关重要，而稀释剂和添加剂的协同作用，能进一步实现提升电池性能。该研究工作对新型局部高浓度功能电解液的设计提供了更多思路，对高电压和低温电解液的设计具有一定的借鉴意义。
        赵金保教授及其领导的团队在锂离子电池用电解液研究方面具有20多年的研究积累，取得了众多的创新性研究成果，在国内外获得20余项授权发明专利。该研究工作由赵金保教授指导完成，第一作者为我院已毕业的2016级博士林双双，2018级硕士生华海明和2020级博士生赖鹏斌参与了部分工作。研究工作得到了国家重点研发计划（2017YFB0102000）、国家自然科学基金（21875198）、中央高校基本科研业务费专项资金（20720190040）等项目的资助。
         论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202101775   


         文章来源：厦门大学
         赵金保 厦门大学特聘教授，博士生导师。现任新能源汽车动力电源技术国家地方联合工程实验室(厦门大学)主任、电化学技术教育部工程研究中心主任、福建省新能源汽车动力电池及储能关键材料工程实验室主任等职。社会兼职包括，国家重点研发计划可再生能源与氢能专项专家组成员、科技部国家高技术研究发展计划先进能源领域主题专家、教育部科学技术委员会能源与交通学部委员、中国电化学学会化学电源领域委员、中国化学与物理电源行业协会理事等。长期从事化学电源（特别是锂离子电池）和功能性高分子材料的研发和商品化工作，特别是在日本日立集团工作的十多年间，一直从事锂电池等化学储能关联的研发工作，是最早在国外跨国企业从事锂离子电池研发的中国人研究员之一。已在全世界（主要申请国为日本、美国、中国）申请发明专利100多项，其中60多项专利已获授权，多次荣获技术发明社长奖（公司最高奖之一）等表彰。高性能的功能性电解液、高安全性隔膜材料、硅基负极材料等代表性研究成果（技术发明）已广泛在国内外的大型企业应用。2011年初全职回国工作。主持和承担国家科技部、国家自然科学基金委、福建省、厦门市及企业委托科研项目多项。主要研究方向为电化学（化学储能），研究内容包括：储能材料设计、合成及产业化；高性能锂离子电池及其电极的设计；锂离子电池用电解液和关联添加剂的开发；锂离子电池的生产工艺的开发；电动汽车用大型锂离子电池及新电池体系的研发、燃料电池等。