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盡管在能量保持方面取得了重大進(jìn)展，但鋰離子電池（LIBs）在極速快充（XFC）條件下仍面臨著難以維持的循環(huán)壽命縮短，這主要源于石墨負(fù)極和電解液之間的各種動(dòng)力學(xué)限制。

加利福尼亞大學(xué)圣地亞哥分校Zheng Chen、John Holoubek等對采用傳統(tǒng)碳酸酯電解液的LiNi_0.6Mn_0.2Co_0.2（NMC622）||石墨軟包全電池在XFC條件下運(yùn)行時(shí)倍率誘發(fā)的負(fù)極失效進(jìn)行了分析。

圖1 電解液化學(xué)對XFC鋰離子電池典型失效模式的影響

研究表明，采用傳統(tǒng)電解液的電池中石墨負(fù)極經(jīng)歷了嚴(yán)重的容量衰減，這是源于析鋰損失、孤立石墨的錯(cuò)位以及由于電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)不足而導(dǎo)致的剝離驅(qū)動(dòng)的間隙SEI形成。此外，作者通過適當(dāng)?shù)剡x擇、設(shè)計(jì)和應(yīng)用基于羧酸酯的電解液，全面解決了這些故障中的每個(gè)問題。這種優(yōu)化的電解液（1M LiPF6-丙酸甲酯（MP）+10% FEC）（M9F1）使電池在4C（15分鐘）充電時(shí)保持了82.5%的能量密度，而采用傳統(tǒng)1.2M LiPF₆– EC/ EMC（3：7，Gen 2）電解液的電池只有73.4%。

圖2 軟包電池XFC性能對電解液的依賴性

此外，采用M9F1的電池在500次和1000次循環(huán)后分別顯示出88.2%和77.9%的容量保持率，而Gen 2只有54.1%和12.4%。M9F1規(guī)避上述失效情況的原因是改善了離子傳導(dǎo)性、高轉(zhuǎn)移數(shù)、有利的溶劑化結(jié)構(gòu)使電荷轉(zhuǎn)移更容易以及形成有利成分的薄SEI。

這項(xiàng)工作明確提出了在XFC協(xié)議下鋰離子電池的復(fù)合失效模式，同時(shí)證明了電解液成分對這種過程和由此產(chǎn)生的性能的轉(zhuǎn)化作用。

圖3 XFC條件下容量損失的量化和析鋰的直接證據(jù)

Enhanced Electrolyte Transport and Kinetics Mitigate Graphite Exfoliation and Li Plating in Fast-Charging Li-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202202906

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AEM：合理設(shè)計(jì)電解液減輕快充鋰離子電池中的石墨剝落和析鋰

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