扑克王app下载中科院物理所在高功率密度锂 / 氟化石墨一次电池研究中取得进展

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2021-05-11 00:44

IT之家 5 月 9 日消息 据中国科学院网站,扑克王app下载中国科学院物理研究所开发出一种三氟化硼气体(BF3)电解液添加剂,使锂 / 氟化石墨一次电池的倍率性能得到大幅提升(图 1)。这种气体添加剂可与高氟化程度的氟化石墨相匹配,在有效提升电池倍率性能的同时保持较高的能量密度。

图 1. 加入 BF3 气体添加剂与未加入添加剂的锂 / 氟化石墨一次电池倍率性能和电化学阻抗对比 | 图自中国科学院网站,下同

IT之家了解到,相关研究成果以 Gaseous electrolyte additive BF3 for high-power Li/CFx primary batteries 为题,发表在 Energy Storage Materials 上。

研究人员首先利用电化学阻抗和循环伏安法,对加入 BF3 气体添加剂与未加入添加剂的锂 / 氟化石墨一次电池的反应动力学进行表征。结果显示,使用含 BF3 电解液的锂 / 氟化石墨一次电池电荷转移阻抗大大降低,反应动力学得到明显改善。对放电后氟化石墨正极极片进行扫描电子显微镜和 X 射线衍射表征,发现氟化石墨在放电后发生颗粒破碎,而使用含 BF3 电解液的正极颗粒破碎程度更深,且代表未反应氟化石墨(001)晶面的衍射峰完全消失,表明加入 BF3 添加剂后,有更多的活性物质能够参与放电反应(图 2)。研究人员进一步利用 X 射线光电子能谱,发现相比于对照组,使用含 BF3 电解液的放电态正极(放电倍率为 5C)表面和体相均检测到更多的 LiF(图 3),表明 BF3 添加剂可有效提升高电流密度下氟化石墨体相容量的利用率。此外,对使用不含硼元素锂盐电池体系的正极表面进行元素分析,发现使用添加 BF3 电解液的正极表面含有 BF4 - 离子。基于以上发现,研究人员提出了 BF3 电解液添加剂的作用机理:在放电过程中,BF3 可与沉积在氟化石墨正极表面的 LiF 发生化学反应,生成可溶于电解液的 LiBF4,降低了锂离子进入正极材料内部的阻力,从而提升了电池的倍率性能(图 4)。

图 2. 放电前和放电后正极极片的扫描电子显微图和 X 射线衍射谱,使用含 BF3 电解液的正极颗粒在放电后破碎程度更大,且代表未反应氟化石墨(001)晶面的衍射峰完全消失

图 3. 放电态正极极片的 X 射线光电子能谱(带深度刻蚀)

图 4. 电解液中加入 BF3 气体添加剂改善锂 / 氟化石墨一次电池倍率性能的作用机理示意图

据介绍,该研究使用三氟化硼气体(BF3)作为电解液添加剂,在提升锂 / 氟化石墨一次电池倍率性能的同时保持了其高能量密度的特点。此外,相比于传统方法对氟化石墨正极材料进行改性,使用电解液添加剂是一种更简单且与工业化生产流程更兼容的方法,因而,其更具实用化价值。

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