王春生Nature：极端工作条件下锂离子电池的电解液设计

Nanoyu

2023-02-09

目前，广泛应用的LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂（NMC811）||石墨锂离子电池的理想电解液有望具备支持更高电压（≥4.5 V）、快速充电（≤15 min）、充电/在宽温度范围（±60 摄氏度）内放电，无需镀锂，且不易燃 。然而，尚没有现有的电解质同时满足所有这些要求，并且由于缺乏解决电池性能、溶剂化结构和固体电解质界面化学之间关系的有效指导原则，电解质设计受到阻碍。

近日，马里兰大学王春生教授，陆军研究实验室Oleg Borodin验证了一种基于一组软溶剂的电解质设计策略，该策略在弱 Li⁺-溶剂相互作用、足够的盐离解和所需的电化学之间取得平衡以满足上述所有要求。

文章要点

1）值得注意的是，当这些电池在 -50 度下充电和放电时，面积容量超过2.5 mAh cm^-2的 4.5 V NMC811|| 石墨纽扣电池保持其室温容量的 75%（54%）摄氏（-60 °C）在 0.1 C 的倍率下，NMC811||石墨软包电池采用贫电解质（2.5 克/安培小时）实现了稳定循环，在 -30 °C时平均库仑效率超过 99.9%。

2）研究人员综合分析进一步揭示了由于形成了类似的富含氟化锂的界面，NMC811正极和石墨负极之间存在阻抗匹配，从而有效地避免了低温下的锂电镀。

这种电解质设计原理可以扩展到其他在极端条件下运行的碱金属离子电池。

参考文献

Xu, J., Zhang, J., Pollard, T.P. et al. Electrolyte design for Li-ion batteries under extreme operating conditions. Nature (2023).

DOI：10.1038/s41586-022-05627-8

https://doi.org/10.1038/s41586-022-05627-8