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极端工作条件下锂离子电池的电解液设计
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2023-02-08 , DOI: 10.1038/s41586-022-05627-8 Jijian Xu 1 , Jiaxun Zhang 1 , Travis P Pollard 2 , Qingdong Li 3 , Sha Tan 4 , Singyuk Hou 1 , Hongli Wan 1 , Fu Chen 5 , Huixin He 3 , Enyuan Hu 4 , Kang Xu 2 , Xiao-Qing Yang 4 , Oleg Borodin 2 , Chunsheng Wang 1
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更新日期:2023-02-09
Nature ( IF 50.5 ) Pub Date : 2023-02-08 , DOI: 10.1038/s41586-022-05627-8 Jijian Xu 1 , Jiaxun Zhang 1 , Travis P Pollard 2 , Qingdong Li 3 , Sha Tan 4 , Singyuk Hou 1 , Hongli Wan 1 , Fu Chen 5 , Huixin He 3 , Enyuan Hu 4 , Kang Xu 2 , Xiao-Qing Yang 4 , Oleg Borodin 2 , Chunsheng Wang 1
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广泛应用的LiNi 0.8 Mn 0.1 Co 0.1 O 2 (NMC811)||石墨锂离子电池的理想电解液有望具备支持更高电压(≥4.5伏)、快速充电(≤15分钟)、充电/在宽温度范围(±60 摄氏度)内放电,无需镀锂,且不易燃1,2,3,4。没有现有的电解质同时满足所有这些要求,并且由于缺乏解决电池性能、溶剂化结构和固体电解质界面化学之间关系的有效指导原则,电解质设计受到阻碍5. 在这里,我们报告并验证了一种基于一组软溶剂的电解质设计策略,该策略在弱 Li +之间取得平衡–溶剂相互作用、足够的盐离解和所需的电化学以满足上述所有要求。值得注意的是,当这些电池在 -50 度下充电和放电时,面积容量超过每平方厘米 2.5 毫安小时的 4.5 伏 NMC811|| 石墨纽扣电池保持其室温容量的 75%(54%)摄氏(-60 摄氏度)在 0.1C 的 C 速率下,NMC811||石墨软包电池采用贫电解质(2.5 克/安培小时)实现稳定循环,在 -30 时平均库仑效率超过 99.9%摄氏度。综合分析进一步揭示了 NMC811 正极和石墨负极之间的阻抗匹配,这是由于形成了类似的富含氟化锂的界面,从而有效避免了低温下的锂电镀。这种电解质设计原理可以扩展到其他在极端条件下运行的碱金属离子电池。
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