近日，中國科學院深圳先進技術研究院集成所功能薄膜材料研究中心研究員唐永炳及其研究團隊聯(lián)合重慶理工大學教授周志明，采用高濃度電解液策略顯著提升了雙離子電池的能量密度及循環(huán)穩(wěn)定性。相關研究成果以Highly Concentrated Electrolyte towards Enhanced Energy Density and Cycling Life of Dual-Ion Battery為題在線發(fā)表于國際著名化學期刊《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202006595, IF:12.257）上。
相比于傳統(tǒng)鋰離子電池，雙離子電池（DIB）具有電壓高、成本低、環(huán)境友好等優(yōu)點，在規(guī)模化儲能領域具有廣闊的應用前景。作為活性離子來源，電解液對DIB的電化學性能包括容量、循環(huán)壽命、能量密度等具有決定性的影響。然而，傳統(tǒng)雙離子電池電解液體系濃度有限，造成電解液的體積/質量占比較大，限制了DIB能量密度的進一步提升。此外，低濃度電解液氧化還原穩(wěn)定性不足，導致電池的循環(huán)穩(wěn)定性不夠理想。
鑒于此，唐永炳及其團隊成員在考察了不同溶劑與電解質鹽的匹配行為后，成功開發(fā)出具有7.5 m高濃度的LiFS/EC:DMC電解液體系。與低濃度體系相比，該高濃度電解液表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢，陰離子插層石墨正極的插層容量以及循環(huán)穩(wěn)定性得到了明顯提升；改善了金屬鋁箔負極在充放電過程中的結構穩(wěn)定性；顯著提升了電池的能量密度?；谏鲜龈邼舛入娊庖?，作為概念驗證的雙離子電池在200 mA g-1的電流密度下，放電容量為94.0 mAh g-1；且經過500次循環(huán)后，容量保持率達到96.8%。此外，同時考慮電極材料和電解液質量的情況下，DIB能量密度達到~180 Wh kg-1。該工作對于進一步發(fā)展高效低成本雙離子電池具有重要指導意義。
該研究得到了國家自然科學基金，廣東省科技計劃、深圳市科技計劃等項目資助。
圖（a）溶劑與電解質鹽共溶后獲得高濃度電解液的圖片；（b）不同濃度電解液的抗氧化LSV曲線比較；（c）高濃度電解液體系中，陰離子插層石墨正極的原位XRD表征；（d）雙離子電池長循環(huán)過程的放電中壓(插圖為長循環(huán)過程中的充放電曲線)；（e）已報道雙離子電池能量密度比較。
