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鋰離子電池（LIBs）現(xiàn)在已憑借高能量密度的優(yōu)勢(shì)進(jìn)入電動(dòng)汽車市場(chǎng)，但其仍然受到石墨負(fù)極限制的緩慢動(dòng)力學(xué)的影響。

圖1. 本文提出的電解液設(shè)計(jì)原理和溶劑化結(jié)構(gòu)

在此，美國(guó)馬里蘭大學(xué)王春生教授、浙江大學(xué)范修林研究員及中科院物理所王雪鋒研究員等人挑戰(zhàn)了單方面提高倍率性能的傳統(tǒng)考慮，并提出了基于高倍率石墨負(fù)極LIB的電解液設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)一步，作者設(shè)計(jì)了可在不鍍鋰的情況下對(duì)微型石墨負(fù)極進(jìn)行極快充電（XFC）的電解液。對(duì)鋰離子在電解液中的擴(kuò)散、電荷轉(zhuǎn)移過(guò)程和固體電解質(zhì)界面（SEI）的綜合表征和模擬表明，高離子電導(dǎo)率（IC）、低鋰離子去溶劑化能（ΔE_dsv）和保護(hù)性SEI對(duì)XFC至關(guān)重要。

其中，Li⁺在電解液中的低ΔE_dsv賦予了快速的界面動(dòng)力學(xué)，通過(guò)同時(shí)提高電解液的IC和形成薄而堅(jiān)固的SEI可實(shí)現(xiàn)具有良好穩(wěn)定性的超高倍率石墨負(fù)極?；谠摌?biāo)準(zhǔn)，作者開(kāi)發(fā)了兩種快充電解液：1.8 M LiFSI DOL和1.0 M LiPF₆ FEC/AN（體積比為7:3）。

圖2. 循環(huán)石墨負(fù)極上SEI的表征

電化學(xué)測(cè)試表明，前一種電解液使天然石墨（NG）電極在20和50 C時(shí)分別實(shí)現(xiàn)了315和 180 mAh g^-1的極高容量。XPS和低溫TEM表征表明，石墨電極表面存在均勻且富含LiF的SEI。同時(shí)，負(fù)載量約為2 mAh cm^-2的NG||Li電池在4 C下表現(xiàn)出320 mAh g^-1的高容量，在-30 ℃、C/3條件下容量仍為300 mAh g^-1。而LiFePO₄（LFP）||NG電池在20 C時(shí)的容量為80 mAh g^-1，且軟包電池在60 C的倍率下表現(xiàn)出60 mAh g^-1的高可逆容量。

此外，后一種電解液使具有2 mAh cm^-2正極負(fù)載的NCM811||NG電池在惡劣的循環(huán)條件下（4 C充電、0.3 C放電）保持170 mAh g^-1的容量?？傊@項(xiàng)研究建立了一個(gè)簡(jiǎn)單且可實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)用于快速充電石墨負(fù)極基LIB電解液的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)實(shí)際應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

圖3. 高壓電解液的溶劑化結(jié)構(gòu)與NCM811||NG電池性能

50C Fast-charge Li-ion Batteries Using Graphite Anode, Advanced Materials 2022. DOI: 10.1002/adma.202206020

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?王春生/范修林/王雪鋒AM: 50 C快充鋰離子電池！

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