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?武大陳重學(xué)EnSM：“拖曳效應(yīng)”誘導(dǎo)的快速去溶劑化動(dòng)力學(xué)和-50℃可工作的高安全鋰電池

碳酸丙烯酯（PC）因其高離子傳導(dǎo)性和低（-49 ℃）熔點(diǎn)被認(rèn)為是碳酸乙烯酯（EC）的最合適替代品，但它與石墨負(fù)極的電化學(xué)相容性較差。雖然設(shè)計(jì)陰離子誘導(dǎo)的離子溶劑配位（AI-ISC）結(jié)構(gòu)可以有效抑制負(fù)極上 PC 的分解，但 Li⁺-PC 的強(qiáng)相互作用導(dǎo)致 Li⁺去溶劑化過程緩慢，低溫性能也不理想。

在此，武漢大學(xué)陳重學(xué)團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)并揭示了Li⁺溶劑與陰離子溶劑之間的 “拖曳效應(yīng) “機(jī)制，并設(shè)計(jì)了一種自適應(yīng)雙層溶劑化結(jié)構(gòu)，其中主溶劑化鞘外的游離溶劑可有效削弱 Li⁺-PC 與 Li⁺– PF₆^–之間的相互作用。

合理設(shè)計(jì)的 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 電解液具有快速去溶劑化動(dòng)力學(xué)和低溫適應(yīng)性，因此賦予了 4Ah Gr||LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂和 1Ah Gr||LiFePO₄軟包電池在-50℃優(yōu)異的性能、長循環(huán)壽命和更高的安全性。

圖1. 使用PTE312電解液的4Ah Gr||NMC811和1Ah Gr||LFP軟包電池電化學(xué)性能

總之，該工作通過調(diào)節(jié) EMC 和 TFEP 的 “拖曳效應(yīng)”，建立了一種自適應(yīng)的雙層溶劑化結(jié)構(gòu)，使 LiPF₆-PC/TFEP/EMC 電解液具有較低的Li⁺去溶劑化劑化能壘和不燃燒特性。得益于電解質(zhì)的快速去溶劑化動(dòng)力學(xué)和低溫適應(yīng)性，石墨-鋰半電池可在零下40℃充電，容量損失幾乎可以忽略不計(jì)。

更重要的是，該電解液賦予了 Gr||NMC811 和 Gr||LFP 軟包電池低溫耐受性（-40℃和-50℃下的容量保持率分別為～79% 和～62.5%）、優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性（40次循環(huán)后的容量保持率為94.1%，1500 次循環(huán)后的容量保持率為88.5%）和高安全性（通過了擠壓、過充電、加熱和釘穿試驗(yàn)）。

因此，通過調(diào)節(jié) “拖曳效應(yīng) “誘導(dǎo)的自適應(yīng)雙層溶劑化結(jié)構(gòu)，將為開發(fā)具有成本效益、阻燃和低溫適應(yīng)性的全氣候、更安全的鋰離子電池電解液開辟一條途徑。

圖2. 極端條件測試

“Dragging effect” induced fast desolvation kinetics and ?50 ℃ workable high-safe lithium batteries, Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103098

原創(chuàng)文章，作者：wdl，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/01/22/1989fce03a/

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