研究背景

在能源存儲領(lǐng)域，鋰金屬電池（LMBs）因具有高理論容量和低還原電位等優(yōu)勢，但也存在問題，如充放電循環(huán)導(dǎo)致的容量衰減、高電流密度下的超低容量以及鋰金屬負(fù)極的高反應(yīng)性帶來的安全隱患，還有電池循環(huán)過程中產(chǎn)生的死鋰會造成不可逆容量損失。而2-氟-5-碘吡啶（2-F-5-IPy）可以作為一種新型電解液添加劑，它的分子結(jié)構(gòu)包含2-氟吡啶環(huán)和碘原子。強(qiáng)極性的C-F基團(tuán)影響吡啶的電子云，使其在充放電過程中易于發(fā)生氧化還原反應(yīng)；碘原子則傾向于形成I??/I?離子對，這一特性在激活死鋰方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

2-氟-5-碘吡啶

電性能

通過多種實(shí)驗(yàn)手段對添加2-氟-5-碘吡啶的電池性能進(jìn)行測試。在對稱電池實(shí)驗(yàn)中，在電流密度為1mA cm?2、鋰電鍍?nèi)萘繛?mAh^-1cm^-2時，可穩(wěn)定循環(huán)約800小時，而未添加的電池僅循環(huán)160小時就短路。在不同電流密度下的C-rate性能測試中，添加2-氟-5-碘吡啶的對稱電池表現(xiàn)出色，即使在10mA cm?2的高電流密度下仍能保持穩(wěn)定，且其阻抗更小，更有利于Li?傳輸和電荷轉(zhuǎn)移。在Li||Cu電池測試中，顯著降低了Li?的沉積過電位，提高了庫侖效率，增加了Li?轉(zhuǎn)移數(shù)，提升了Li?沉積/剝離的可逆性和動力學(xué)性能。

C-rate性能

對添加2-氟-5-碘吡啶的Li||LiFePO?電池進(jìn)行C-rate性能測試，結(jié)果表明隨著電流密度增加，該電池比其他電池具有更高的比容量，在高C-rate下容量恢復(fù)能力更強(qiáng)，極化減小，初始放電電位升高，放電平臺更長。循環(huán)穩(wěn)定性測試顯示，添加2-氟-5-碘吡啶后，電池在5C倍率下的容量保持率從36.5%大幅提升至89.4%。掃描電子顯微鏡（SEM）圖像顯示，添加2-F-5-IPy的鋰負(fù)極表面幾乎無鋰枝晶，沉積層更薄且更致密。

機(jī)制

從作用機(jī)制來看，2-氟-5-碘吡啶的LUMO能量低于溶劑分子，更易在負(fù)極還原并參與固體電解質(zhì)界面（SEI）的形成。X射線光電子能譜（XPS）分析表明，分解產(chǎn)物L(fēng)iF等能有效保護(hù)負(fù)極，促進(jìn)鋰的有序沉積，降低Li?擴(kuò)散勢壘。同時，2-氟-5-碘吡啶在電池運(yùn)行過程中，其碘原子可轉(zhuǎn)化為I??/I?離子對，能與死鋰周圍的非導(dǎo)電成分反應(yīng)，溶解死鋰的非導(dǎo)電外殼，使內(nèi)部活性鋰得以暴露，從而實(shí)現(xiàn)死鋰的激活。

2-氟-5-碘吡啶作為一種雙功能電解液添加劑，既能通過形成富含LiF 和Li?N的SEI保護(hù)負(fù)極，抑制鋰枝晶生長，又能在電池循環(huán)過程中激活死鋰，顯著延長了Li||Li對稱電池的循環(huán)壽命，大幅提高了Li||LiFePO?電池的容量保持率[1]。

參考文獻(xiàn)

[1]Erlei Z ,Huijie T ,Meng L , et al.Dendrite inhibited and dead lithium activated dual-function additive for lithium metal batteries.[J].Chemical communications (Cambridge, England),2023,59(73):