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上交/南科大/寧德時代ACS Energy Letters：超潤濕電解質(zhì)工程用于快充鋰離子電池

鋰離子電池（LIB）由于其固體電解質(zhì)界面層（SEI）的覆蓋不完全和性能不理想導(dǎo)致其在快充領(lǐng)域仍面臨重大挑戰(zhàn)。然而，傳統(tǒng)的電解質(zhì)工程方法受到粘度增加潤濕性低以及理想 SEI 生長成本高的阻礙。

在此，上海交通大學(xué)萬佳雨、南方科技大學(xué)羅光富、劉科、寧德時代新能源科技股份有限公司Li Xing等人提出了一種通用策略即利用超低濃度的超潤濕電解質(zhì)在石墨負(fù)極上形成均勻且致密的SEI。

研究表明，在低電流形成過程中，該電解質(zhì)會導(dǎo)致高過電位進而形成富含無機成分的 SEI 。因此，采用超潤濕電解質(zhì)的 LIB 具有顯著的循環(huán)穩(wěn)定性和 5 C 的高倍率性能，容量為 166 mAh g^-1。此外，該性能在軟包電池中也得到了很好的驗證。

圖1. 不同放電模式下 LIB 石墨負(fù)極中 SEI 的形成示意圖

總之，該工作介紹了一種在鋰電池中利用超潤濕電解液獲得了富含無機成分SEI 層的新方法。研究表明，該種電解質(zhì)在低電流形成過程中會產(chǎn)生高過電位。這種高過電位有利于在 SEI 層內(nèi)形成 Li₂CO₃ 和Li₂O 等無機成分。此外，SEI 層中無機成分的存在降低了界面電阻，增強了鋰離子傳輸，并抑制了電解質(zhì)的進一步分解。因此，使用該種超低濃度電解質(zhì)形成SEI的石墨負(fù)極具有良好的循環(huán)穩(wěn)定性、倍率性能和充電效率。

為了深入了解 SEI 形成的機理，作者進行了 XPS、EIS、GITT 和 DFT 計算發(fā)現(xiàn)，負(fù)極的電極電位是決定 SEI 層組成和結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素。因此，該項研究為優(yōu)化 SEI 層和實現(xiàn)高性能鋰離子電池的應(yīng)用提供了一種簡單而有效的策略。

圖2. 石墨||NCM811 軟包電池性能

Superwettable Electrolyte Engineering for Fast Charging Li-Ion Batteries, ACS Energy Letters 2024 DOI: 10.1021/acsenergylett.3c02572

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