ESM: Fausia i totonu o le ultra-conformal interface o perfluorinated electrolyte mo maa lithium malosi maualuga.

Suʻesuʻega o Talaaga

I maa lithium-ion, ina ia ausia le sini o le 350 Wh Kg-1, o le cathode mea e faʻaaogaina ai le oxide layered nickel-rich (LiNixMnyCozO2, x+y+z=1, e taʻua o NMCxyz). Faatasi ai ma le faateleina o le malosi o le malosi, o lamatiaga e fesoʻotaʻi ma le vevela o le LIBs ua tosina atu i ai tagata. Mai se va'aiga fa'aletino, fa'aeletise lelei e mauoa i nikeli ei ai fa'afitauli ogaoga o le saogalemu. E le gata i lea, o le oxidation / crosstalk o isi vaega o le maa, e pei o vai faʻaletino ma eletise leaga, e mafai foi ona faʻaosoina le vevela, lea e manatu o le mafuaʻaga autu o faʻafitauli saogalemu. O le fa'atulagaina o le fa'aogaina o le fa'aogaina o le eletise-electrolyte fa'amautu i totonu o le nofoaga o le ta'iala muamua lea mo le isi augatupulaga o ma'a fa'avae lithium maualuga-malosi. Aemaise lava, o se cathode-electrolyte interphase malosi ma mafiafia (CEI) faʻatasi ai ma le maualuga o le mafanafana o mea faʻapitoa e mafai ona foia le faʻafitauli saogalemu e ala i le taofia o le tuʻuina atu o le okesene. E oʻo mai i le taimi nei, o loʻo i ai le le lava o suʻesuʻega i mea e faʻaleleia ai le CEI cathode ma le saogalemu o le maa.

Fa'aaliga ausia

Talu ai nei, na faʻasalalau ai e Feng Xuning, Wang Li, ma Ouyang Minggao o le Iunivesite o Tsinghua se pepa suʻesuʻe ua faʻaulutalaina "In-Built Ultraconformal Interphases Enable High-Safety Practical Lithium Batteries" i luga o mea e teu ai le malosi. Na iloiloina e le tusitala le faʻatinoga o le saogalemu o le NMC811/Gr faʻaogaina vaivai ma le faʻamautu lelei o le eletise lelei CEI. Ua mae'a su'esu'eina le fa'aogaina o le fa'amama fa'avevela i le va o mea ma le ma'a mama. I le fa'aaogaina o se fa'aeletise fa'afefeteina e le mu, na saunia ai le NMC811/Gr pouch-type full battery. O le mautu vevela o le NMC811 na faʻaleleia e le faʻapipiʻiina o le CEI faʻapipiʻi faʻamaualuga e mauoa i le LiF inorganic. O le CEI o le LiF e mafai ona faʻaitiitia lelei le faʻamalolo o le okesene e mafua mai i le suiga o le vaega ma faʻalavelaveina le tali atu i fafo i le va o le NMC811 fiafia ma le fluorinated electrolyte.

Taiala ata

Ata 1 Fa'atusatusaga o uiga fa'amama fa'amama o le NMC811/Gr pouch-ituaiga ma'a atoa e fa'aaoga ai le fa'aeletise fa'afefe ma le eletise masani. A mae'a le ta'amilosaga e tasi o fa'aleaganu'u (a) EC/EMC ma (b) fa'ama'i fa'afefeteina FEC/FEMC/HFE fa'aeletise taga tu'aiga ma'a atoa. (c) Fa'aeletise EC/EMC masani ma (d) fa'alili FEC/FEMC/HFE fa'aeletonika fa'aeletonika-ituaiga ma'a atoa ua uma le 100 ta'amilosaga.

Mo le maa NMC811/Gr ma le eletise masani pe a uma le taamilosaga e tasi (Ata 1a), T2 o loʻo i le 202.5°C. E tupu le T2 pe a pa'u le voli eletise tatala. Ae ui i lea, o le T2 o le maa o loʻo faʻaaogaina le electrolyte perfluorinated e oʻo atu i le 220.2 ° C (Ata 1b), lea e faʻaalia ai e mafai e le electrolyte faʻafefeteina ona faʻaleleia atili le saogalemu o le vevela o le maa i se tulaga patino ona o lona maualuga maualuga. A'o matua le maa, o le T2 tau o le maa electrolyte masani e pa'ū i le 195.2 °C (Ata 1c). Ae ui i lea, o le faagasologa o le matua e le afaina ai le T2 o le maa e faʻaaoga ai electrolytes perfluorinated (Ata 1d). E le gata i lea, o le maualuga o le dT/dt tau o le maa o loʻo faʻaaogaina le electrolyte masani i le taimi o TR e maualuga e pei o le 113 ° C s-1, ae o le maa e faʻaaoga ai le electrolyte perfluorinated e naʻo le 32 ° C s-1. O le eseesega i le T2 o maa tuai e mafai ona mafua mai i le mautu o le vevela o le NMC811 fiafia, lea e faʻaititia i lalo ole electrolytes masani, ae mafai ona tausia lelei i lalo ole electrolytes perfluorinated.

Ata 2 Malosi mautu o delithiation NMC811 electrode lelei ma NMC811/Gr paluga maa. (A,b) Fa'afanua fa'afanua o le C-NMC811 ma le F-NMC811 synchrotron maualuga-malosi XRD ma suiga tutusa (003) fa'asagatau tumutumu. (c) Le fa'avevela ma le fa'asa'olotoga o le okesene o le eletise lelei o le C-NMC811 ma le F-NMC811. (d) Pi'o DSC o fa'afefiloi fa'ata'ita'iga o le fa'aeletise lelei fa'amalieina, fa'aeletise leaga fa'alili, ma le eletise.

O ata 2a ma le b o loʻo faʻaalia ai pupuni HEXRD o le fiafia NMC81 faʻatasi ai ma faʻailoga CEI eseese i le i ai o electrolytes masani ma i le vaitau mai le vevela o le potu i le 600 ° C. O faʻaiʻuga o loʻo faʻaalia manino ai i le i ai o se electrolyte, o le malosi o le CEI o loʻo faʻaogaina i le faʻamautuina o le vevela o le lithium-deposited cathode. E pei ona faʻaalia i le Ata 2c, o le F-NMC811 e tasi na faʻaalia ai le faʻagesegese o le pito i luga ole 233.8 ° C, ae o le C-NMC811 exothermic pito i luga na faʻaalia ile 227.3°C. E le gata i lea, o le malosi ma le fua o le faʻamalolo o le okesene e mafua mai i le suiga o le vaega o le C-NMC811 e sili atu le ogaoga nai lo le F-NMC811, ma faʻamaonia atili ai o le CEI malosi e faʻaleleia ai le mautu o le vevela o le F-NMC811. Ata 2d o lo'o faia se su'ega DSC i luga ole fa'afefiloi ole NMC811 fiafia ma isi vaega ole maa. Mo electrolytes masani, o pito pito i fafo o faʻataʻitaʻiga ma le 1 ma le 100 taamilosaga e faʻaalia ai o le matua o le atinaʻe masani o le a faʻaitiitia ai le mautu vevela. I se faʻatusatusaga, mo le eletise faʻafefeteina, o faʻataʻitaʻiga pe a maeʻa le 1 ma le 100 taʻamilosaga o loʻo faʻaalia ai le lautele ma le laititi o le pito i luga o le exothermic, e tusa ai ma le TR trigger temperature (T2). O taunuʻuga (Ata 1) e tumau, e faʻaalia ai e mafai e le CEI malosi ona faʻaleleia lelei le faʻamautuina o le vevela o le NMC811 matua ma le fiafia ma isi vaega o le maa.

Ata 3 Fa'ailoga o le NMC811 lelei fa'aeletise i totonu ole fa'aeletise fa'afefeteina. (ab) Fa'asagaga SEM ata o le F-NMC811 fa'alelei lelei ma fa'atusa EDS fa'afanua. (ch) Tufatufa o elemene. (ij) Cross-sectional SEM ata o le matua F-NMC811 electrode lelei i luga ole xy virtual. (km) Toe faʻaleleia o le 3D FIB-SEM fausaga ma le tufatufaina faʻafanua o elemene F.

Ina ia faʻamaonia le faʻatonuina o le faʻavaeina o le CEI fluorinated, o le morphology cross-sectional ma le tufatufaina elemene o le matua NMC811 electrode lelei toe maua mai i totonu o le maa mama-pepa sa iloga e FIB-SEM (Ata 3 ah). I le electrolyte perfluorinated, o se toniga fluorinated CEI layer ua fausia i luga o le F-NMC811. I se isi itu, o le C-NMC811 i le electrolyte masani e leai se F ma faʻatupuina se faʻalavelave CEI. O le elemene elemene F i luga o le koluse o le F-NMC811 (Ata 3h) e maualuga atu nai lo le C-NMC811, lea e faʻamaonia atili ai o le faʻavaeina i totonu o le mesophase inorganic fluorinated o le ki lea i le faatumauina o le mautu o le NMC811 fiafia. . Faatasi ai ma le fesoasoani a le FIB-SEM ma le EDS faʻafanua, e pei ona faʻaalia i le Ata 3m, na matauina ai le tele o elemene F i le ata 3D i luga ole F-NMC811.

Ata 4a) Fa'asoa loloto elemene i luga o le pito i luga o le eletise lelei NMC811 muamua ma le fiafia. (ac) FIB-TOF-SIMS o loʻo faʻafefeina le tufatufaina o elemene F, O, ma Li i le eletise lelei o le NMC811. (df) Le fa'avasegaina o luga ma le loloto o le tufatufaina o elemene F, O, ma Li o le NMC811.

FIB-TOF-SEM na faʻaalia atili ai le loloto o le tufatufaina atu o elemene i luga o le eletise lelei o le NMC811 (Ata 4). Fa'atusatusa i fa'ata'ita'iga muamua ma le C-NMC811, o se fa'aopoopoga tele o fa'ailoga F na maua i le pito i luga o le fa'afanua o le F-NMC811 (Ata 4a). E le gata i lea, o faailo vaivai O ma maualuga Li i luga o le fogaeleele o loʻo faʻaalia ai le faʻavaeina o le F- ma le Li-rich CEI layers (Ata 4b, c). O nei fa'ai'uga uma na fa'amaonia ai o le F-NMC811 o lo'o iai le LiF-rich CEI layer. Faʻatusatusa i le CEI o le C-NMC811, o le CEI layer o F-NMC811 o loʻo i ai le tele o elemene F ma Li. E le gata i lea, e pei ona faaalia i le ATA. 4d-f, mai le vaaiga o le loloto etching ion, o le fausaga o le uluai NMC811 e sili atu le malosi nai lo le NMC811 fiafia. O le loloto etch o matua F-NMC811 e laʻititi nai lo C-NMC811, o lona uiga o le F-NMC811 e sili ona lelei le mautu.

Ata 5 CEI vailaʻau faʻapipiʻi i luga ole laiga ole eletise lelei ole NMC811. (a) XPS alaleo ole NMC811 lelei electrode CEI. (bc) XPS C1s ma F1s spectra o le uluai ma le fiafia NMC811 electrode lelei CEI. (d) Cryo-transmission electron microscope: tufa elemene ole F-NMC811. (e) Ata TEM fa'aaisa o le CEI na faia ile F-NMC81. (fg) STEM-HAADF ma STEM-ABF ata o C-NMC811. (hi) STEM-HAADF ma STEM-ABF ata o F-NMC811.

Na latou faʻaogaina le XPS e faʻaalia ai le vailaʻau faʻapitoa ole CEI ile NMC811 (Ata 5). E le pei o le uluai C-NMC811, o le CEI o le F-NMC811 o loʻo i ai se F tele ma Li ae laʻititi C (Ata 5a). O le faʻaitiitia o ituaiga C e faʻaalia ai e mafai e le CEI mauoa o le LiF ona puipuia le F-NMC811 e ala i le faʻaitiitia o le faʻaogaina o le itu faʻatasi ma electrolytes (Ata 5b). E le gata i lea, o laʻititi laʻititi o CO ma C = O o loʻo faʻaalia ai o le solvolysis o F-NMC811 e faʻatapulaʻa. I le F1s alaleo o XPS (Ata 5c), F-NMC811 na faʻaalia se faailo malosi LiF, faʻamaonia o le CEI o loʻo i ai le tele o le LiF e maua mai i solvents fluorinated. O le faʻafanua o elemene F, O, Ni, Co, ma Mn i totonu o le eria i luga ole vaega ole F-NMC811 o loʻo faʻaalia ai o faʻamatalaga o loʻo tuʻufaʻatasia uma (Ata 5d). O le ata maualalo o le vevela TEM i le Ata 5e o loʻo faʻaalia ai e mafai e le CEI ona galue o se puipui puipui e faʻapipiʻi tutusa le NMC811 electrode lelei. Ina ia faʻamaonia atili le faʻaleleia o le fausaga o le atinaʻe, na faʻatautaia ai suʻesuʻega faʻataʻitaʻiga eletise eletise (HAADF-STEM ma faʻataʻitaʻiga eletise eletise (ABF-STEM) faʻataʻitaʻiga. -NMC811), O le pito i luga o le eletise lelei o loʻo faʻasalalau ua oʻo i se suiga ogaoga, ma faʻaputuina le masima masima maʻa i luga ole laiga o le eletise lelei (Ata 5f) Mo le electrolyte perfluorinated, luga ole F-NMC811. lelei electrode tausia se fausaga layered (Ata 5h), faʻaalia leaga O le vaega o le a avea ma le lelei taofiofia. E le gata i lea, o se toniga CEI na matauina i luga o le F-NMC811 (Ata 5i-g) O nei taunuuga e faʻamaonia atili ai le tutusa o le CEI i luga o le lelei electrode luga o le NMC811 i le electrolyte perfluorinated.

Ata 6a) TOF-SIMS alaleo o le vaega interphase i luga ole luga ole NMC811 electrode lelei. (ac) Su'esu'ega loloto o vaega fa'aito lona lua i luga ole eletise lelei ole NMC811. (df) TOF-SIMS alaleo kemikolo o le fasi ion lona lua ina ua uma le 180 sekone o le sputtering i luga o le uluai, C-NMC811 ma F-NMC811.

O vaega o le C2F e masani ona ta'ua o mea fa'aola o le CEI, ma LiF2- ma PO2-fragments e masani ona ta'ua o ni meaola e le fa'aogaina. Faʻailoga faʻaleleia atili o le LiF2- ma le PO2- na maua i le faʻataʻitaʻiga (Ata 6a, b), e faʻaalia ai o le CEI layer o le F-NMC811 o loʻo i ai se numera tele o ituaiga meaola. I se isi itu, o le C2F-signal o le F-NMC811 e sili atu le vaivai nai lo le C-NMC811 (Ata 6c), o lona uiga o le CEI layer o F-NMC811 o loʻo i ai ni meaola faʻalaʻau vaivai. Na maua nisi su'esu'ega (Ata 6d-f) o lo'o i ai le tele o meaola fa'alanoka i totonu o le CEI o le F-NMC811, a'o le itiiti ifo o meaola fa'alafua ile C-NMC811. O nei fa'ai'uga uma o lo'o fa'aalia ai le fa'atūina o se fa'aputuga CEI mauoa inorganic i totonu ole fa'aeletise fa'afefeteina. Pe a faatusatusa i le NMC811/Gr soft-pack maa e faaaoga ai se electrolyte masani, o le faaleleia atili o le saogalemu o le maa mama-pack e faaaoga ai le electrolyte perfluorinated e mafai ona mafua i: Muamua, o le fausia i totonu o le nofoaga o le CEI e mauoa i le LiF inorganic e aoga. O le mautu o le mafanafana o le NMC811 lelei eletise e faʻaitiitia ai le tuʻuina atu o le okesene lattice e mafua mai i le suiga o vaega; lona lua, o le tulaga puipuia CEI inorganic malosi atili taofia le delithiation maualuga reactive NMC811 mai le faafesootai o le electrolyte, faaitiitia le tali exothermic itu; lona tolu, O le electrolyte perfluorinated e maualuga le mautu vevela i vevela maualuga.

Faaiuga ma Outlook

O lenei galuega na lipotia ai le atinaʻeina o le Gr/NMC811 pouch-type full battery e faʻaaoga ai se electrolyte perfluorinated, lea na faʻaleleia atili ai lona saogalemu. Fa'amautu fa'ainitaneti. O se suʻesuʻega loloto o le TR inhibition mechanism ma le fesoʻotaʻiga i le va o meafaitino ma tulaga o maa. O le faagasologa o le matua e le afaina ai le TR trigger temperature (T2) o le perfluorinated electrolyte maa i le taimi atoa o le afa, lea e manino le lelei i luga o le matua o le maa e faʻaaoga ai le electrolyte masani. E le gata i lea, o le maualuga o le exothermic e ogatasi ma le TR iʻuga, e faʻaalia ai o le CEI malosi o loʻo faʻaogaina i le faʻamautuina o le vevela o le lithium-free electrode lelei ma isi vaega maa. O fa'ai'uga nei e fa'aalia ai o le fa'atonuga fa'atonutonu i totonu o le fa'anofoaga o le CEI e iai le ta'iala taua mo le fa'aogaina o ma'a lithium sili atu le malosi.

Fa'amatalaga Tusia

I-Built Ultraconformal Interphases Fa'aagaina Ma'a Lithium Fa'ata'ita'i Saogalemu Maualuga, Mea e teu ai Malosiaga, 2021.