AEM：先进电解质，助力能够在宽温度范围内快速充电的高压锂离子电池

兔兔

2020-04-20

Ni≥0.8的LiNi_xMn_yCo_1-x-yO₂（NMC）正极材料引起了人们对高能量密度锂离子电池（LIBs）的极大兴趣，然而，由于正极/电解质界面不稳定导致容量严重衰减，其在高充电电压（如4.4 V及以上）下的实际应用仍面临重大挑战。有鉴于此，美国西北太平洋国家实验室许武等人开发了一种先进的电解质，其具有高于4.9 V的高氧化电位，并使基于NMC811的LIB在宽温度范围内具有出色的倍率特性。

本文要点：

1）研究人员以LiFSI为盐，有机碳酸酯(DMC、EC和VC)为溶剂，1,1,2,2‐四氟乙基‐2,2,3,3‐四氟丙醚（TTE）为稀释溶剂，开发了三种新型的局部高浓电解质LHCE（记作AE001-AE003）。使用最先进的NMC811（2.8 mAh^-2）正极和商用Gr负极（3.5 mAh^-2）对其电化学性能进行了评价。

2）采用LHCEs的Gr||NMC811电池在较宽的温度范围内(与传统的LiPF6/碳酸盐电解质相比)，在室温和高温下的循环稳定性、充放电倍率性能以及低温放电性能方面，显示出明显改善的电池性能。其在室温和60 °C下（2.5–4.4 V的电压下）具有出色的循环稳定性，能够快速充电和放电直至3C倍率（1C=2.8 mA cm^-2），在低至−30 °C的低温下也具有优异的放电性能，在C/5倍率下的容量保持率为85.6％。结果表明，与具有同等含量的VC和不含EC/VC的LHCE相比，含少量EC的LHCE具有更稳定的循环性能，600次循环后的容量保持率为94.2%，室温下的电压极化可以忽略不计。

3）这些LHCEs与Gr负极和NMC811正极均显示出优异的相容性，可在负极和正极表面上有效生成薄，均匀且坚固的钝化膜（SEI和CEI），以防止电解质连续化学/电化学分解和过渡金属溶解。

Xianhui Zhang, et al. Advanced Electrolytes for Fast-Charging High-Voltage Lithium-Ion Batteries in Wide-Temperature Range. Adv. Energy Mater. 2020, 2000368.

DOI: 10.1002/aenm.202000368.

https://doi.org/10.1002/aenm.202000368