许武等AEM：4C快充锂离子电池的电解液设计

电池驱动的电动汽车（EV）的充电时间与燃油驱动的内燃汽车的加油时间相近，对电动汽车市场的快速渗透非常有利。众所周知，电池中的电解液对电池的快速充电能力起着至关重要的作用，因为电解液决定了离子的传输速率以及电池正极和负极上衍生的电极/电解质界面。

图1 所设计电解液的结构-性能关系图

太平洋西北国家实验室许武、Xia Cao等以双氟磺酰亚胺锂（LiFSI）为导电盐，以碳酸二甲酯（DMC）为溶剂化溶剂，以碳酸乙烯酯（EC）为添加剂，并以1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）为稀释剂，开发了一系列具有快速充电能力的电解液，通过调整电解液中溶剂化溶剂和稀释剂的摩尔比可实现快速充电功能。

作者通过仔细评估溶剂化结构、配位环境、粘度和离子电导率，揭示了高离子电导率电解液的设计规则。

图2 Gr||NMC811电池的电化学性能

除了在基于NMC811正极和石墨负极的LIB中实现了快充的电化学性能外，作者还提出了一种具有可控溶剂化结构的电解液，与普通局部高浓度电解液（LHCE）相比，它具有较高的盐解离度，从而实现了较高的离子电导率，同时，与传统电解液相比，它在正极和负极上分解的游离溶剂最少。

因此，这种受控溶剂化电解液（CSE）与NMC811正极和石墨负极都具有良好的兼容性，因为它形成了一层薄而坚固的钝化层，提高了离子迁移率，并防止了正极颗粒的结构退化和开裂。

这项研究揭示了CSE独特的配位结构对于提高锂离子载流子迁移率以及在300次循环中维持4 C的快充速率的重要性。

图3 循环前后石墨负极的HRTEM和XPS表征

Designing Electrolytes With Controlled Solvation Structure for Fast-Charging Lithium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2023. DOI: 10.1002/aenm.202301199