Small Science:热稳定和不燃的高安全电解液在锂金属电池中的研究进展和展望

随着电动汽车、便携式电子设备和大规模电网需求的不断增长,人们对高能量密度的二次电池提出了更高的要求。锂金属电池由于其高能量密度(>350 Wh/kg)而广受关注。随着研究的推进,锂金属电池循环寿命逐渐提升。但在应用方面,仍需考虑锂金属电池的安全问题。锂金属电池的安全问题主要有两方面:一,在锂沉积/脱出过程中可能形成锂枝晶,锂枝晶可能会刺穿隔膜,直接导致电池短路,引发着火等安全事故。二,热稳定性差和易燃液态电解液的使用在热滥用等条件下也会给锂金属电池带来热失控。因此,对锂金属电池而言,液态电解液的开发需要在增强锂沉积均匀性的基础上,增强电解液的热稳定性和不燃性,兼顾锂金属电池的循环稳定性和安全性。

近日,北京理工大学黄佳琦教授在Small Science上发表了综述了用于锂金属电池、具有热稳定和不燃的高安全电解液。

图1. 锂金属电池热失控过程示意图。

文章首先讨论了锂金属电池可能存在的热失控机制,特别是与锂离子电池热失控机制的区别,主要是锂金属电池在循环过程中生成的死锂对电池热失控的影响。其次,总结了液体电解质热稳定性和不燃性的测量方法、基本原理和应用实例,如差示扫描量热仪、热重、自熄灭时间、氧指数、加速量热仪等。第三,根据不燃电解液的类型,回顾了不燃电解液在锂金属电池中的研究进展,比如:磷酸酯基电解液,全氟电解液,离子液体等。最后,文章针对高热稳定性和不燃电解液的发展进行了展望:1)深入探究锂金属电池热失控机理;2)提升高热稳定性和不燃电解液与锂金属负极的兼容性;3)设计合成新型热稳定和不燃溶剂;4)强调锂盐的热安全风险;5)采用软包尺度的安全效果客观评价电解液的热稳定性和不燃性。

论文信息:

Thermally Stable and Non-Flammable Electrolytes for Lithium Metal Batteries: Progress and Perspectives

Qian-Kui Zhang, Xue-Qiang Zhang, Hong Yuan, Jia-Qi Huang*

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