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PART/01

參考文獻

本文引文出處：

R. Wu, X. Du, T. Liu, X. Zhuang, P. Guan, B. Zhang, S. Zhang, C. Gao, G. Xu*, X. Zhou*, G. Cui*, Adv. Energy Mater. 2023, DOI: 10.1002/aenm.202302899.

PART/02

Phi-TEC 熱動力學(xué)分析系統(tǒng)

在新能源領(lǐng)域，鋰離子電池具有能量密度高、循環(huán)壽命長、環(huán)境友好等優(yōu)點，在便攜式電子產(chǎn)品、電動汽車、儲能等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高電動汽車的續(xù)航里程，開發(fā)具有更高能量密度的鋰離子電池勢在必行。為了提高能量密度需要研究新的電極材料（正負極）、電解液配方、固體電解質(zhì)界面層(SEI)等，在這些研究中，需對材料（單一物質(zhì)或混合物）熱穩(wěn)定、在電池中實際應(yīng)用狀況進行表征或測試，以便最終得到更安全、符合需求的產(chǎn)品，H.E.L的熱動力學(xué)分析系統(tǒng)Phi-TEC可幫助研究者實現(xiàn)其目標(biāo)。

H.E.L Phi-TEC（可對電池材料進行熱穩(wěn)定性測試）

H.E.L BTC-130（可對小電池及材料進行熱穩(wěn)定性測試）

近日，青島科技大學(xué)周新紅教授與中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所崔光磊研究員、許高潔副研究員合作，將SiOx與鋰鹽二氟草酸硼酸鋰（LiDFOB）進行簡單的球磨混合、煅燒，在SiOx表面構(gòu)建一層由LiF、Li2C2O4、LiBO2和Li2B4O7等無機物組成的堅固的快離子傳導(dǎo)界面保護層。在這種界面保護層的幫助下，形成的固體電解質(zhì)界面相(SEI)具有極高的楊氏模量和快速的Li+傳導(dǎo)能力，從而能夠適應(yīng)SiOx負極劇烈的體積膨脹，有效緩解寄生反應(yīng)，并在循環(huán)過程中維持SiOx電極的完整性。所制備的改性SiOx (M-SiOx)具有更高的首次庫侖效率(ICE)、更好的容量保持率和倍率性能。更值得注意的是，將改性的M-SiOx負極與LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NCM811)正極配對，組成的全電池具有優(yōu)異的電化學(xué)性能，循環(huán)200圈后仍保持80%的高容量保持率。此研究揭示了材料制備過程中預(yù)先構(gòu)建人造SEI層和調(diào)節(jié)界面化學(xué)對提高SiOx負極性能的重要性。相關(guān)成果以題為“Robust and Fast-Ion Conducting Interphase Empowering SiOx Anode Toward High Energy Lithium-Ion Batteries”的論文發(fā)表在國際權(quán)威期刊《Advanced Energy Materials》上。

PART/03

M-SiOx的電化學(xué)性能和熱穩(wěn)定性

使用傳統(tǒng)的LiPF6-碳酸酯基電解液，對M-SiOx進行了半電池性能測試(圖1a-b)。在0.1 C下，M-SiOx具有1331 mAh g-1的高可逆比容量，明顯優(yōu)于SiOx的1233 mAh g-1，這歸因于M-SiOx的Si平均價態(tài)更低(圖1h)。由于界面層的保護，在電解液與電極反應(yīng)生成SEI時有效緩解了電解液的分解，首次庫倫效率（ICE）由SiOx的65.1%提高到M-SiOx的78.8%。當(dāng)倍率提高到0.5 C時，SiOx的比容量明顯降低，循環(huán)200圈后容量保持率僅為72% (680 mAh g-1/943 mAh g-1)；而得益于人造快離子界面層的保護，倍率提高時M-SiOx的容量衰減得以緩解，且循環(huán)200圈后容量保持率高達87% (1055 mAh g-1/1216 mAh g-1)。根據(jù)Randles–Sevcik方程，將陰/陽極峰電流與掃速平方根的關(guān)系作圖。如圖1c所示，M-SiOx的斜率明顯高于SiOx，表明其具有更高的Li+擴散系數(shù)，這歸因于M-SiOx 的SEI中Li2C2O4、LiBO2、Li2B4O7低的Li+遷移能壘。M-SiOx表面包覆層可以有效抑制電解液對電極的嚴(yán)重腐蝕，降低長循環(huán)過程中電極的體積變化以及提高了電池的庫侖效率。因此，當(dāng)M-SiOx與NCM811配全電池時，展現(xiàn)出大幅提升的循環(huán)穩(wěn)定性。與NCM811‖SiOx (循環(huán)110圈容量保持率僅為21%，平均庫侖效率為94.4%)相比，NCM811‖M-SiOx循環(huán)200圈后仍能保持80.6%的高容量保持率且平均庫侖效率達99.6%。此外，通過對循環(huán)后的電極材料（滿電態(tài)）進行了加速絕熱量熱儀(圖1d，ARC)和差示掃描量熱儀(圖1e，DSC)測試，評估了M-SiOx負極的熱穩(wěn)定性。如圖1d-e所示，M-SiOx的熱失控溫度(Ttr)明顯高于SiOx，其總放熱量(952.9 J?g-1)遠低于SiOx (1205.2 J?g-1)。得益于表面包覆層的保護，M-SiOx負極的熱安全性能得到明顯提高。

圖1. M-SiOx的電化學(xué)性能與熱穩(wěn)定性。(a) M-SiOx‖Li和SiOx‖Li 在0.1 C活化兩圈、0.5 C下循環(huán)的半電池性能。(b) M-SiOx‖Li和SiOx‖Li的充放電曲線。(c) M-SiOx和SiOx的峰電流(Ip)與掃描速率平方根(ν0.5)的關(guān)系。(d)滿電態(tài)M-SiOx和SiOx的ARC測試。(e) 滿電態(tài)M-SiOx和SiOx的DSC曲線。(f) NCM811‖M-SiOx和NCM811‖SiOx在0.1 C活化兩圈、0.5 C下循環(huán)的全電池性能，以及相應(yīng)的充放電曲線(g)。

除此之外，化學(xué)材料及工藝安全領(lǐng)域，科研及生產(chǎn)中，針對化學(xué)物質(zhì)的熱穩(wěn)定性、化學(xué)反應(yīng)及工藝的安全評估方面，H.E.L的熱動力學(xué)分析系統(tǒng)Phi-TEC可幫助研究者實現(xiàn)其目標(biāo)。 

H.E.L致力于工藝篩選優(yōu)化、反應(yīng)量熱和絕熱加速量熱在反應(yīng)過程安全和反應(yīng)放大中的解決方案

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英國H.E.L致力于為客戶提供專業(yè)的反應(yīng)過程篩選、工藝開發(fā)、過程優(yōu)化以及反應(yīng)危害評估的科學(xué)儀器及最新技術(shù)服務(wù)。