【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】為滿足電動汽車對高續(xù)航里程的需求，開發(fā)能量密度突破300 Wh kg-1的鋰離子電池(LIBs)已成為行業(yè)核心目標(biāo)。基于高鎳三元正極材料(LiNixCoyMn1−x−yO?，x≥0.8)并結(jié)合高壓充放電策略(截止電壓>4.3 V)，可通過提升比容量與工作電壓實(shí)現(xiàn)能量密度躍升。然而，高鎳正極在高電壓下界面穩(wěn)定性差，易引發(fā)電解液分解、鋁集流體腐蝕、過渡金屬溶出及不可逆相變等問題，導(dǎo)致正極阻抗升高和容量快速衰減。因此，構(gòu)建穩(wěn)定的正極電解液界面膜(CEI)和抗氧化的強(qiáng)溶劑化結(jié)構(gòu)是提升高壓LIBs循環(huán)性能的關(guān)鍵。現(xiàn)有研究通過調(diào)控電解液(如高濃度電解液HCEs)可增強(qiáng)氧化穩(wěn)定性，但其強(qiáng)溶劑化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋰離子脫溶劑化能壘高，界面阻抗大，影響動力學(xué)性能；弱溶劑化電解液(WSEs)雖能降低脫溶劑化能壘并形成無機(jī)SEI，但自由溶劑易氧化分解，導(dǎo)致CEI不穩(wěn)定。目前電解液體系難以同時滿足高電壓穩(wěn)定性和快速鋰離子傳輸?shù)男枨螅蔀楦邏焊吣芰棵芏入姵匕l(fā)展的瓶頸。
 

 

　　鑒于此，上海交通大學(xué)變革性分子前沿科學(xué)中心梁正課題組設(shè)計(jì)了一種由雙氟磺酰亞胺鋰(LiFSI)與丙烯磺酸內(nèi)酯(PES)組成的磺酸鹽基低共熔電解液(LiFSI-2.7PES)，顯著提升了石墨||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(NCM811)電池的高壓循環(huán)與快充性能。通過解析磺酸鹽基溶劑化行為與正極電解質(zhì)界面(CEI)化學(xué)特性的關(guān)聯(lián)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)高電子云密度的磺酸基團(tuán)(−O−S=O)優(yōu)先參與氧化分解，快速形成富含Li2SO4/LiF的混合CEI。該CEI可有效抑制高壓下電解液的持續(xù)副反應(yīng)，同時其高離子電導(dǎo)特性與低界面阻抗彌補(bǔ)了強(qiáng)溶劑化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的鋰離子傳輸動力學(xué)限制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用LiFSI-2.7PES的電池在4.7 V高截止電壓下可以實(shí)現(xiàn)450次穩(wěn)定循環(huán)，并具備5 C倍率快充能力，性能優(yōu)于現(xiàn)有電解液體系。進(jìn)一步對5 Ah級石墨||NCM811軟包電池的評估驗(yàn)證了該電解液在實(shí)際應(yīng)用中的潛力，為高壓高能量密度鋰離子電池的電解液設(shè)計(jì)提供了新策略。
 

　　相關(guān)研究成果以“Fast-formed hybrid interphase enables enhanced kinetics for high-voltage and fast-charging lithium-ion batteries”為題發(fā)表于期刊CCS Chemistry上。本文第一作者為上海交通大學(xué)變革性分子前沿科學(xué)中心博士研究生董栩冰。