AEM：合理设计电解液减轻快充锂离子电池中的石墨剥落和析锂

尽管在能量保持方面取得了重大进展，但锂离子电池（LIBs）在极速快充（XFC）条件下仍面临着难以维持的循环寿命缩短，这主要源于石墨负极和电解液之间的各种动力学限制。

加利福尼亚大学圣地亚哥分校Zheng Chen、John Holoubek等对采用传统碳酸酯电解液的LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2（NMC622）||石墨软包全电池在XFC条件下运行时倍率诱发的负极失效进行了分析。

图1 电解液化学对XFC锂离子电池典型失效模式的影响

研究表明，采用传统电解液的电池中石墨负极经历了严重的容量衰减，这是源于析锂损失、孤立石墨的错位以及由于电荷转移动力学不足而导致的剥离驱动的间隙SEI形成。此外，作者通过适当地选择、设计和应用基于羧酸酯的电解液，全面解决了这些故障中的每个问题。这种优化的电解液（1M LiPF6-丙酸甲酯（MP）+10% FEC）（M9F1）使电池在4C（15分钟）充电时保持了82.5%的能量密度，而采用传统1.2M LiPF₆– EC/ EMC（3：7，Gen 2）电解液的电池只有73.4%。

图2 软包电池XFC性能对电解液的依赖性

此外，采用M9F1的电池在500次和1000次循环后分别显示出88.2%和77.9%的容量保持率，而Gen 2只有54.1%和12.4%。M9F1规避上述失效情况的原因是改善了离子传导性、高转移数、有利的溶剂化结构使电荷转移更容易以及形成有利成分的薄SEI。

这项工作明确提出了在XFC协议下锂离子电池的复合失效模式，同时证明了电解液成分对这种过程和由此产生的性能的转化作用。

图3 XFC条件下容量损失的量化和析锂的直接证据

Enhanced Electrolyte Transport and Kinetics Mitigate Graphite Exfoliation and Li Plating in Fast-Charging Li-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202906

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AEM：合理设计电解液减轻快充锂离子电池中的石墨剥落和析锂

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