王春生/许康/杨晓青Angew：-40至50℃的宽温NMC811||石墨锂离子电池！

LiNi_xCo_yMn_zO₂ (x+y+z=1)||石墨锂离子电池（LIBs）有望得到实际应用。然而，它的低温（≤-20℃）性能很差，因为Li⁺在电解质主体和电解质/电极间的传输所遇到的电阻增加会导致容量损失和电池失效。尽管已经做出了巨大的努力，但仍然没有有效的方法来降低主导低温LIBs性能的电荷传输电阻（R_ct）。

美国马里兰大学王春生、陆军研究实验许康、布鲁克海文国家实验室杨晓青等提出了一种策略，即采用溶剂与Li⁺之间具有弱相互作用的低极性溶剂电解液来降低R_ct，从而在低于零的温度下实现Li⁺的轻松传输。

图1. 电解液设计

为实现实用的低温NMC811||Gr电池，电解液应满足以下所有要求：1)在低温和高温下均保持液态；2)具有>10^-3 S cm^-1的高Li⁺电导率和高转移数(>0.4)；3)在>4.5 V的电压下保持氧化稳定；4)能够在正负极上形成薄而坚固的富含无机物的固体电解质界面(SEI)和阴极电解质界面(CEI)；5)具有快速的Li⁺脱溶剂化的动力学，这是增加R_ct的主要因素，但最难实现。

基于此，作者介绍了一种低极性溶剂电解液（LPSE），它可以很好地满足上述所有特性。该体系可以通过高比例的接触离子对(CIPs)和聚集体(AGGs) 和/或在稀释剂的帮助下，来促进阴离子分解产生富含无机物的电极/电解质界面（EEI）。同时，它特别强调了溶剂分子和Li⁺之间弱离子-偶极相互作用的重要性，这对于降低电荷转移过程中的活化能和电阻至关重要。

图2. Gr|Li和NMC811半电池的电化学性能

该想法以2.0 M LiFSI-EMC/TTE的示范性电解液为例进行说明，该电解液使NMC811||Gr电池能够在-40至50℃的宽温度范围内运行，并具有良好的稳定性和高容量保持率。所得电池在25℃和1/3C下提供了113 mAh g^-1的高容量（98%的全电池容量）。

值得注意的是，它们还在-20℃下以1/3C的相同电流保持81%的室温容量，而不会析锂，并且在-30℃下保持84%的容量，在-40℃下保持78%的容量。电化学阻抗谱(EIS)测试表明，电池在EEI中同时表现出降低的R_ct和Li⁺传输电阻，以及这些过程的较小活化能，证明了LPSE在未来电池中的巨大潜力。

图3. EIS表征

Enhancing Li+ Transport in NMC811||Graphite Lithium-Ion Batteries at Low temperatures by Using Low-Polarity-Solvent Electrolytes. Angewandte Chemie International Edition 2022. DOI: 10.1002/anie.202205967

原创文章，作者：v-suan，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/08/a60b04f99b/

王春生/许康/杨晓青Angew：-40至50℃的宽温NMC811||石墨锂离子电池！

相关推荐