离子型添加剂四丁基胺-双(氟磺酰)亚胺对锂电池性能的影响

doi:10.7503/cjcu20180316

高等学校化学学报 ›› 2018, Vol. 39 ›› Issue (11): 2529.doi: 10.7503/cjcu20180316

离子型添加剂四丁基胺-双(氟磺酰)亚胺对锂电池性能的影响

王凤春(), 周万里

通化师范学院化学学院, 通化 134002

收稿日期:2018-04-23 出版日期:2018-11-10 发布日期:2018-09-22
作者简介:联系人简介: 王凤春, 女, 副教授, 主要从事无机/高分子材料化学研究. E-mail: wangfc0608@163.com
基金资助:
吉林省科技发展计划项目(批准号: JJKH20170434KJ)资助.

Influences of Ionic Additive Tetrabutylammonium-bis(fluorosulfonyl)imide on Performance of Lithium Metal Batteries^†

WANG Fengchun^*(), ZHOU Wanli

Department of Chemistry, Tonghua Normal University, Tonghua 134002, China

Received:2018-04-23 Online:2018-11-10 Published:2018-09-22
Contact: WANG Fengchun E-mail:wangfc0608@163.com
Supported by:
† Supported by the Jilin Science and Technology Development Plan Project, China(No.JJKH20170434KJ).

摘要/Abstract

摘要：

将离子型添加剂四丁基胺-双(氟磺酰)亚胺(TBA-FSI)应用于Li|Cu和Li|FePO₄二次锂电池, 测试了含有TBA-FSI添加剂的1 mol/L LiTFSI 1,3-二氧戊烷/乙二醇二甲醚(DOL/DME, 体积比1:1)电解液与金属负极的界面匹配性. 研究发现, 与1 mol/L LiTFSI DOL/DME相比, 含有TBA-FSI添加剂的锂电池表现出更小的极化电压、稳定的界面阻抗和较长的循环寿命. 这主要归功于TBA-FSI在金属锂表面还原生成富含LiF和Li₃N等无机物的稳定固态电解质界面(SEI)膜.

关键词: 锂电池, 金属锂负极, 锂枝晶, 添加剂, 四丁基胺-双(氟磺酰)亚胺

Abstract:

An ionic compound, tetrabutylammonium-bis(fluorosulfonyl)imide(TBA-FSI) was employed as an additive to lithium metal batteries. The 1 mol/L lithium bis(trifluoromethanesulfonyl)imide(LiTFSI)-based 1,3-dioxolane(DOL)/dimethoxyethane(DME) electrolyte showed high compatibility toward lithium metal anode when 5%(mass fraction) TBA-FSI was added owing to the formation of a LiF-, Li₃N- riched solid electrolyte interpase(SEI) film on lithium metal anode. As a result, the lithium dendrite growth was significantly restricted and coulombic efficiency of Li|Cu cells was markedly enhanced.

Key words: Lithium metal battery, Lithium metal anode, Lithium dendrite, Additive, Tetrabutylammonium-bis(fluorosulfonyl)imide(TBA-FSI)

中图分类号:

O646

TrendMD:

王凤春, 周万里. 离子型添加剂四丁基胺-双(氟磺酰)亚胺对锂电池性能的影响. 高等学校化学学报, 2018, 39(11): 2529.

WANG Fengchun, ZHOU Wanli. Influences of Ionic Additive Tetrabutylammonium-bis(fluorosulfonyl)imide on Performance of Lithium Metal Batteries^†. Chem. J. Chinese Universities, 2018, 39(11): 2529.

图/表 7

Fig.1 Cyclic voltammetry at 1 mV/s on Cu electrode in 1.0 mol/L LiTFSI DOL/DME(1:1, volume ratio) without or with 5% TBA-FSIThe lithium foil was used as counter and reference electrodes, respectively.

Fig.2 Cycling performance of Li|Li cells containing 1 mol/L LiTFSI DOL/DME(1:1) without or with 5% TBA-FSI

Fig.3 Cycling performance of Li|Cu cells cycled in 1 mol/L LiTFSI DOL/DME(1:1) without or with 5% TBA-FSI at 0.5 mA/cm2 with areal capacity of 1 mA·h/cm2

Fig.4 Impedance spectra of Li|Cu cells containing 1 mol/L LiTFSI DOL/DME(1:1) without(A) or with(B) 5% TBA-FSI

Fig.5 SEM images of lithium metal anodes before cycling(A) and harvested from Li|Cu cells after cycled for 50 times in 1 mol/L LiTFSI DOL/DME(1:1) without(B) or with(C) 5% TBA-FSI at 0.5 mA/cm2 with areal capacity of 1 mA·h/cm2

Fig.6 XPS spectra of lithium metal anodes harvested from Li|Cu cells without or with 5% TBA-FSI after 10 cycles with 1 mA·h/cm2 at 0.5 mA/cm2(A) Survey spectrum, without TBA-FSI; (B) survey spectrum with 5% TBA-FSI; (C) N1s spectra; (D) F1s spectra.

Fig.7 Cycling performance of Li|LiFePO4 cells cycled in 1 mol/L LiTFSI DOL/DME(1:1) without or with 5% TBA-FSI

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