美国麻省理工学院EES:Li+交换电流密度和CE关系如何?最佳SEI该如何设计...

发布网友 发布时间：2024-10-23 22:58

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热心网友 时间：2024-10-27 23:38

研究背景

锂金属负极作为石墨负极的替代，对提高锂离子电池能量密度（>500 Wh/kg）至关重要。然而，实现长循环寿命和高库伦效率（CE）面临挑战，尤其是CE降低主要与不稳定的固体电解质界面（SEI）有关。SEI不仅稳定和保护沉积的锂，还调节电解液和电极间的锂离子传输。因此，SEI对界面输运和动力学有深远影响。目前，Li+交换电流密度（j0）与CE之间的关系尚未明确。

成果简介

美国麻省理工学院Betar M. Gallant通过电化学阻抗谱和循环伏安法，研究了在不同库伦效率（CE）范围内的原生SEI上的j0值。高CE电解液下的SEI Li+交换增加，而低CE电解液则保持较低水平。CE及其在高倍率下的保持率与SEI Li+交换电流呈正相关。此外，高CE电解液特有的Li+交换电流揭示了电沉积过程中Cu集流体的作用和有效性。研究成果发表在Energy & Environmental Science上。

核心内容

阻抗图谱测量Li+交换。通过总结不同电解液的CE值，观察高频区超过50圈的j0值，发现两种类型：稳定型（Ⅰ型）与增加型（Ⅱ型）。Ⅰ型对应低CE范围，Ⅱ型则表现为致密Li沉积形态。SEI的RSEI值显著不同，Ⅰ型电解质具有更高的表面积和更多不规则沉积物。

进一步探讨高CE电解液中的高频Li+交换稳定性。基于DOL/DME的电解质在延长循环后，j0值最终稳定，表明高CE电解液中前一循环的SEI残留物在镀锂中保持活性。Ⅱ型电解质的Li形态在延长循环后保持紧密，而Ⅰ型电解质继续发展高多孔结构。

循环伏安法测量Li+交换。通过测量Cu/Li电池，验证锂沉积行为与表面条件及来源密切相关。在其他电解液中进行伏安分析，发现j0值与CE之间存在成正相关，快速Li+交换是区分高与低CE电解液的关键特性。

讨论jp0-CE关系。在不同电解液下，观察到随着循环增加，CE和jp0,CV值之间存在单调趋势。结果表明CE与Li+交换密切相关。

对Li倍率性能的影响。Ⅰ型电解质中CE随电流密度增加而波动，而Ⅱ型电解质在持续循环中表现出稳定Li+交换，有助于高速率良好循环能力。

结论展望

利用EIS和CV技术研究低CE和高CE电解液下的Li SEI中的Li+交换，提供了定量Li+交换率的独特但互补方法。结果表明，CE与Li+交换电流之间存在紧密正相关关系，快速Li+交换与高CE相关。研究还揭示了在第一个沉积锂步骤中发生的潜在过程，并为电解液设计新框架提供见解，以最大化SEI相，促进便利的Li+交换，对Li+交换和可逆性产生深远影响。

热心网友 时间：2024-10-27 23:35

研究背景

锂金属负极作为石墨负极的替代，对提高锂离子电池能量密度（>500 Wh/kg）至关重要。然而，实现长循环寿命和高库伦效率（CE）面临挑战，尤其是CE降低主要与不稳定的固体电解质界面（SEI）有关。SEI不仅稳定和保护沉积的锂，还调节电解液和电极间的锂离子传输。因此，SEI对界面输运和动力学有深远影响。目前，Li+交换电流密度（j0）与CE之间的关系尚未明确。

成果简介

美国麻省理工学院Betar M. Gallant通过电化学阻抗谱和循环伏安法，研究了在不同库伦效率（CE）范围内的原生SEI上的j0值。高CE电解液下的SEI Li+交换增加，而低CE电解液则保持较低水平。CE及其在高倍率下的保持率与SEI Li+交换电流呈正相关。此外，高CE电解液特有的Li+交换电流揭示了电沉积过程中Cu集流体的作用和有效性。研究成果发表在Energy & Environmental Science上。

核心内容

阻抗图谱测量Li+交换。通过总结不同电解液的CE值，观察高频区超过50圈的j0值，发现两种类型：稳定型（Ⅰ型）与增加型（Ⅱ型）。Ⅰ型对应低CE范围，Ⅱ型则表现为致密Li沉积形态。SEI的RSEI值显著不同，Ⅰ型电解质具有更高的表面积和更多不规则沉积物。

进一步探讨高CE电解液中的高频Li+交换稳定性。基于DOL/DME的电解质在延长循环后，j0值最终稳定，表明高CE电解液中前一循环的SEI残留物在镀锂中保持活性。Ⅱ型电解质的Li形态在延长循环后保持紧密，而Ⅰ型电解质继续发展高多孔结构。

循环伏安法测量Li+交换。通过测量Cu/Li电池，验证锂沉积行为与表面条件及来源密切相关。在其他电解液中进行伏安分析，发现j0值与CE之间存在成正相关，快速Li+交换是区分高与低CE电解液的关键特性。

讨论jp0-CE关系。在不同电解液下，观察到随着循环增加，CE和jp0,CV值之间存在单调趋势。结果表明CE与Li+交换密切相关。

对Li倍率性能的影响。Ⅰ型电解质中CE随电流密度增加而波动，而Ⅱ型电解质在持续循环中表现出稳定Li+交换，有助于高速率良好循环能力。

结论展望

利用EIS和CV技术研究低CE和高CE电解液下的Li SEI中的Li+交换，提供了定量Li+交换率的独特但互补方法。结果表明，CE与Li+交换电流之间存在紧密正相关关系，快速Li+交换与高CE相关。研究还揭示了在第一个沉积锂步骤中发生的潜在过程，并为电解液设计新框架提供见解，以最大化SEI相，促进便利的Li+交换，对Li+交换和可逆性产生深远影响。