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清華/北理EnSM：無碳酸亞乙酯電解質(zhì)的固態(tài)界面設(shè)計(jì)用于高性能電池

碳酸乙烯酯(EC)在當(dāng)前電池電解液中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。然而，EC與電極發(fā)生放熱反應(yīng)，引發(fā)熱失控，并在高電壓下發(fā)生連續(xù)氧化分解，阻礙了其在下一代電池中的應(yīng)用。

在此，清華大學(xué)歐陽明高，馮旭寧；北京理工大學(xué)吳宇等人報(bào)告了一種簡單而有效的策略即設(shè)計(jì)具有重塑陰離子主導(dǎo)溶劑化結(jié)構(gòu)的環(huán)丁砜（SL）基電解質(zhì)，形成高度穩(wěn)定的無機(jī)主導(dǎo)電極-電解質(zhì)界面，有效穩(wěn)定富鎳正極和石墨負(fù)極。

與傳統(tǒng)電解液相比，實(shí)用的SL基電解液將LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂|石墨軟包電池自生熱起始T1和熱失控觸發(fā)T2分別顯著提高了9.6和42.0°C。此外，采用 SL 電解質(zhì)的軟包電池在充電至 4.5 V 且1000 次循環(huán)后表現(xiàn)出 88% 的出色容量保持率。

圖1. 電池性能

總之，該工作開發(fā)了基于SL的電解質(zhì)，以構(gòu)建兼具實(shí)用性、高安全性、高壓和長循環(huán)能力的軟包NCM811|Gr 電池。與傳統(tǒng)電解液相比，采用1.2M-LiFSI-SL/HFE的NCM811|Gr電池可將自生熱T1提高9.6℃，將TR觸發(fā)T2提高42.0℃，并將TR最高T3降低55.6℃。

此外，采用 1.2M-LiFSI-SL/HFE 的軟包電池在充電至 4.5 V、 1000 次循環(huán)后表現(xiàn)出 88% 的出色容量保持率，并且初始放電容量增加至 1038.3 mAh。SL 溶劑取代 EC 溶劑以及構(gòu)建穩(wěn)定的陰離子衍生的富含無機(jī)物的SEI，可顯著保護(hù)電極免受副反應(yīng)的影響。因此，該項(xiàng)工作為解鎖先進(jìn)的電解質(zhì)候選物以構(gòu)建下一代實(shí)用的更安全的高能鋰離子電池帶來了新的見解。

圖2. 界面結(jié)構(gòu)表征

Solid-state interphases design for high-safety, high-voltage and long-cyclability practical batteries via ethylene carbonate-free electrolytes Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.103165

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