AEM：离子偶极化学驱动低温锂电池中锂离子溶剂鞘的快速演化

兔兔

2021-05-30

锂离子溶剂化鞘的缓慢演化会在钝化层中引起大的电荷转移势垒和高的离子扩散势垒，从而导致不良的锂枝晶形成和容量损失，特别是在低温下。有鉴于此，中国科学院金属研究所李峰研究员、孙振华研究员等人提出了一种通过调节溶剂化剂氟化程度的离子偶极策略来加速Li⁺溶剂化鞘的演化。

本文要点：

1）以碳酸乙烯酯（EC）为基础的氟化衍生物，氟代碳酸乙烯酯（FEC）和双氟碳酸乙烯酯（DFEC）作为高介电常数的溶剂化剂。随着氟化程度从EC增加到FEC和DFEC，Li⁺-偶极子相互作用强度分别从1.90 eV逐渐降低到1.66 eV和1.44 eV。

2）因此，基于DFEC的电解质在-20°C下的离子去溶剂化速率比基于非氟化EC的电解质快6倍。此外，基于DFEC电解质的LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂||Li电池在25°C下循环300次后仍保持91%的初始容量，在-30°C下保持51%的室温容量。

这项工作通过弥合离子-偶极子相互作用与锂离子溶剂化鞘演化之间的差距，为低温锂电池电解质工程的合理设计提供了一种新技术。

Zhenxing Wang et al. Ion-Dipole Chemistry Drives Rapid Evolution of Li Ions Solvation Sheath in Low-Temperature Li Batteries. Adv. Energy Mater. 2021, 2100935.

DOI: 10.1002/aenm.202100935.

https://doi.org/10.1002/aenm.202100935