​浙大范修林ACS Energy Letters：20C超快充锂离子电池！

快速充电被认为是商业锂离子电池（LIBs）最令人羡慕的技术之一，但缺乏具有足够离子传导性和有效钝化性能的合适电解液阻碍了其发展。

浙江大学范修林、巴伊兰大学Malachi Noked等设计了一种混合溶剂电解液（1M LiPF₆-氟代碳酸乙烯/乙腈，FEC/AN，7/3体积），通过实现FEC主导的溶剂化结构和AN丰富的环境来克服这两个限制。

图1. 双溶剂（FEC/AN）的分步设计原则

在此，作者系统地研究了不同溶剂比例的1M LiPF₆-FEC/AN电解液。结果观察到电化学性能对FEC/AN比例的依赖性，这使得能够将界面化学与电解液的整体特性（如离子传导性、粘度等）分开。

具体来说，在由1M LiPF₆-7FEC/3AN组成的优化电解液中，Li-FECAN复合物和界面化学作用能够实现极高的倍率能力。它们各自的影响可以通过研究7FEC/3AN中的Li⁺配位环境来量化：

（1）就成膜能力而言，Li⁺溶剂化鞘由FEC主导，AN/FEC的平均配位数比≤0.26；

（2）就离子传导性而言，AN将Li⁺在溶剂化结构的扩散时间缩短到77ps，比1M LiPF₆-FEC电解液的扩散时间低一个数量级。

图2. FEC/AN混合体系的溶剂化结构、特性和整体评价

因此，与之前报道的不能承受XFC（≥6C）的快充电解液不同，7FEC/3AN使石墨电池达到了前所未有的倍率能力（20C时约为300 mAh g^-1）。此外，采用7FEC/3AN的1Ah石墨/NCM811软包电池在8C时的放电容量是采用EC/DMC电解液的相同电池的3倍。

该工作同时实现了20C的石墨负极和4.5V的NMC811正极，并展示了一个全新的见解，即通过改变电解液的溶剂化结构，可将足够的离子传导性和有利的钝化性能整合到一起。

图3. Li/石墨电池性能

Solvent-Assisted Hopping Mechanism Enables Ultrafast Charging of Lithium-Ion Batteries. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02240