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PART/01

參考文獻(xiàn)

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(dòng)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(diǎn)，在便攜式電子產(chǎn)品,、電動(dòng)汽車,、儲(chǔ)能等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。為了提高電動(dòng)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(shì)在必行,。為了提高能量密度需要研究新的電極材料（正負(fù)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(duì)材料（單一物質(zhì)或混合物）熱穩(wěn)定,、在電池中實(shí)際應(yīng)用狀況進(jìn)行表征或測(cè)試,，以便最終得到更安全、符合需求的產(chǎn)品,，H.E.L的熱動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)Phi-TEC可幫助研究者實(shí)現(xiàn)其目標(biāo),。

H.E.L Phi-TEC（可對(duì)電池材料進(jìn)行熱穩(wěn)定性測(cè)試）

H.E.L BTC-130（可對(duì)小電池及材料進(jìn)行熱穩(wěn)定性測(cè)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(jìn)行簡(jiǎn)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(jī)物組成的堅(jiān)固的快離子傳導(dǎo)界面保護(hù)層。在這種界面保護(hù)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(fù)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(fù)極與LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NCM811)正極配對(duì)，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(duì)提高SiOx負(fù)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(duì)M-SiOx進(jìn)行了半電池性能測(cè)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(jià)態(tài)更低(圖1h),。由于界面層的保護(hù),，在電解液與電極反應(yīng)生成SEI時(shí)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(shí),，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(hù),，倍率提高時(shí)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(dá)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(kuò)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(duì)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(shí)，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(dá)99.6%,。此外,，通過對(duì)循環(huán)后的電極材料（滿電態(tài)）進(jìn)行了加速絕熱量熱儀(圖1d，ARC)和差示掃描量熱儀(圖1e,，DSC)測(cè)試,，評(píng)估了M-SiOx負(fù)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(yuǎn)低于SiOx (1205.2 J?g-1)。得益于表面包覆層的保護(hù),，M-SiOx負(fù)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(cè)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(duì)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(píng)估方面，H.E.L的熱動(dòng)力學(xué)分析系統(tǒng)Phi-TEC可幫助研究者實(shí)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

HEL Group

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(píng)估的科學(xué)儀器及最新技術(shù)服務(wù),。