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Arumugam團(tuán)隊(duì)AEM：無EC電解液助力穩(wěn)定、安全的高鎳鋰離子電池

碳酸乙烯酯(EC)是最先進(jìn)的鋰離子電池(LIBs)電解液中的重要成分。然而，EC極易在高鎳層狀氧化物正極的表面氧化，因此不適合用于下一代高能量密度LIBs。

德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校Arumugam Manthiram等基于市售LiPF₆-in-EMC配方配制了一種簡(jiǎn)單但有效的無EC電解液，經(jīng)證明該電解液可顯著提高高鎳LIBs的性能。

圖1 無EC電解液優(yōu)化

具體而言，作者通過在1.5 m LiPF₆-in-EMC電解液中添加20 wt%的氟代碳酸乙烯酯(FEC)和1 wt%的 4,5-二氰基-2-(三氟甲基)咪唑鋰(LiTDI)，獲得了一種無EC電解液(20F1.5M-1TDI)。研究發(fā)現(xiàn)，20F1.5M-1TDI電解液可通過FEC和LiTDI的協(xié)同分解，形成有效的CEI保護(hù)層，顯著抑制正極/電解質(zhì)界面處的副反應(yīng)，從而形成了高度穩(wěn)定的高鎳正極。此外，在無EC的情況下，石墨負(fù)極也得到了很好地鈍化。

圖2 全電池電化學(xué)性能

因此，20F1.5M-1TDI電解液可顯著提高其儲(chǔ)存壽命并改善高鎳全電池的電化學(xué)性能。與含有EC的基線電解液（1 m LiPF₆-EC:EMC+ 2 wt% VC）相比，采用20F1.5M-1TDI電解液的LiNi_0.9Mn_0.05Al_0.05O₂ (NMA90)/石墨全電池表現(xiàn)出增強(qiáng)的循環(huán)穩(wěn)定性和抑制的電壓滯后增長(zhǎng)。該研究進(jìn)一步證明了無EC電解液在下一代高鎳LIBs中的巨大潛力，所獲得的機(jī)理理解可能有助于開發(fā)用于其他電化學(xué)儲(chǔ)能系統(tǒng)的電解液。

圖3 CEI和SEI層的化學(xué)成分

Ethylene Carbonate-Free Electrolytes for Stable, Safer High-Nickel Lithium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103806

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