中科院物理所開發(fā)新型添加劑 可使鋰/氟化石墨電池倍率性能大幅提升

國(guó)科學(xué)院物理研究所開發(fā)出一種三氟化硼氣體(BF3)電解液添加劑，使鋰 / 氟化石墨一次電池的倍率性能得到大幅提升。這種氣體添加劑可與高氟化程度的氟化石墨相匹配，在有效提升電池倍率性能的同時(shí)保持較高的能量密度。

IT之家了解到，相關(guān)研究成果以Gaseous electrolyte additive BF3for high-power Li/CFx primary batteries為題，發(fā)表在Energy Storage Materials上。

研究人員首先利用電化學(xué)阻抗和循環(huán)伏安法，對(duì)加入 BF3 氣體添加劑與未加入添加劑的鋰 / 氟化石墨一次電池的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)進(jìn)行表征。結(jié)果顯示，使用含 BF3 電解液的鋰 / 氟化石墨一次電池電荷轉(zhuǎn)移阻抗大大降低，反應(yīng)動(dòng)力學(xué)得到明顯改善。對(duì)放電后氟化石墨正極極片進(jìn)行掃描電子顯微鏡和 X 射線衍射表征，發(fā)現(xiàn)氟化石墨在放電后發(fā)生顆粒破碎，而使用含 BF3 電解液的正極顆粒破碎程度更深，且代表未反應(yīng)氟化石墨(001)晶面的衍射峰完全消失，表明加入 BF3 添加劑后，有更多的活性物質(zhì)能夠參與放電反應(yīng)(圖 2)。研究人員進(jìn)一步利用 X 射線光電子能譜，發(fā)現(xiàn)相比于對(duì)照組，使用含 BF3 電解液的放電態(tài)正極(放電倍率為 5C)表面和體相均檢測(cè)到更多的 LiF(圖 3)，表明 BF3 添加劑可有效提升高電流密度下氟化石墨體相容量的利用率。此外，對(duì)使用不含硼元素鋰鹽電池體系的正極表面進(jìn)行元素分析，發(fā)現(xiàn)使用添加 BF3 電解液的正極表面含有 BF4 - 離子。基于以上發(fā)現(xiàn)，研究人員提出了 BF3 電解液添加劑的作用機(jī)理：在放電過(guò)程中，BF3 可與沉積在氟化石墨正極表面的 LiF 發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成可溶于電解液的 LiBF4，降低了鋰離子進(jìn)入正極材料內(nèi)部的阻力，從而提升了電池的倍率性能。

據(jù)介紹，該研究使用三氟化硼氣體(BF3)作為電解液添加劑，在提升鋰 / 氟化石墨一次電池倍率性能的同時(shí)保持了其高能量密度的特點(diǎn)。此外，相比于傳統(tǒng)方法對(duì)氟化石墨正極材料進(jìn)行改性，使用電解液添加劑是一種更簡(jiǎn)單且與工業(yè)化生產(chǎn)流程更兼容的方法，因而，其更具實(shí)用化價(jià)值。

關(guān)鍵詞： 中科院 物理所 添加劑 電池