南科大邓永红EnSM: 新型环状碳酸酯实现高功率/低温锂离子电池

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南科大邓永红EnSM: 新型环状碳酸酯实现高功率/低温锂离子电池
现代锂离子电池 (LIB) 配置是通过碳酸亚乙酯 (EC) 和石墨碳负极之间的“神奇化学”实现的。虽然EC产生的界面保护了脆弱的石墨结构，但其固有缺点（高粘度、高熔点、过度的界面生长）导致LIB在零下温度时的功率密度平庸和性能不佳。
南科大邓永红EnSM: 新型环状碳酸酯实现高功率/低温锂离子电池
在此，南方科技大学邓永红副教授等人证明了负极表面的相间阻抗是商业 NMC-石墨LIB的高功率和低温性能的瓶颈，并且更好的相间超过了对体离子电导率的考虑。为此，作者设计并合成了一种“双EC”分子作为电解液添加剂来解决上述难题。
赤藓糖醇双（碳酸酯）（EBC）具有比EC低的LUMO能级，因此在EC还原之前倾向于分解，但其对Li+的弱溶剂化限制了其还原程度，从而最小化了界面厚度和相应的阻抗。
南科大邓永红EnSM: 新型环状碳酸酯实现高功率/低温锂离子电池
图1. EBC、EC的LUMO能级的DFT计算
相应地，“双EC”添加剂可以替代大容量电解液的创新，可以有效满足最先进的NMC/石墨软包电池所面临的功率和低温要求。结合理论和实验方法，作者在分子水平上揭示了EBC的功能机制，并利用Ah级电池的功率和低温性能建立了其相间化学。
与空白对照组、含VC电解液的电池相比，含EBC的电池在0℃下的低温循环容量保持率和功率密度方面表现出压倒性的优势，且在-20和25℃表现出相同的趋势。这表明电解液添加剂的微小变化可以有效突破最先进的电池系统的瓶颈，这为未来的电池设计提供了重要启示。
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图2. 空白组、VC和EBC体系内的低温电化学性能
A new cyclic carbonate enables high power/ low temperature lithium-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.029

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