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南开大学,再发Angew.!
来源: 时间:2024-01-02 15:47:54 浏览:1240次

第一作者:Yuankun WangZhiming LiWeiwei Xie

通讯作者:陈军院士

通讯单位:南开大学

DOI: 10.1002/anie.202310905.


研究背景



保持液态的电解质是确保离子转移在宽温度窗范围内稳定运行的最重要的物理指标之一,通常具有高熔点的强极性溶剂有利于电池在室温条件下的安全运行,但在低温条件下容易结晶(≤-40 °C)。基于此,南开大学陈军院士等人报道了通过调整分子间的相互作用和冻结动力学,成功地降低了具有不对称结构的强极性溶剂的冻结点,提出了一种结晶限制策略,并证明了乙烯亚硫酸盐(ES,-17 °C)和碳酸氟乙烯(FEC,~23 °C)的高熔点,但它们的混合物可避免在低温下结晶,可归因于分子间低相互作用和分子动力学的改变。



文章要点



1、作者提出了一种结晶限制策略,成功降低了具有不对称结构的强极性溶剂的冻结点。合适的ES/FEC比值(10%FEC)可以平衡离子的体积和界面传输,使LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2||Li(NCM811||Li)全电池能够在从-50 °C到+70 °C的广泛温度范围内提供良好的温度弹性和循环稳定性。与室温相比,在-50 °C下达到了超过66%的容量保留率。

2、所制备的NCM811||Li袋式电池,在现实条件下(电解质重量与正极容量比(E/C)≤3.5 g Ah-1,负电极与正电极容量比(N/P)≤1.09),在不同温度下都表现出较高的循环稳定性。本工作强调了一个关键但容易被忽视的方向,设计一个全天候液体电解质中的不对称溶剂效应。该结晶限制策略为实现具有较宽工作温度范围的能量密集型锂金属电池提供了一条实用的途径,并代表了重要的理论进展。



图文展示




图1.非对称溶剂全天候电解质的设计原理

图2. ES/FEC混合物的热力学分析

图3. ES/FEC混合物的动力学分析

图4.配方电解质的物理性质、电化学性能和溶剂化结构

图5.界面属性

图6. ES/FEC基电解质在不同温度下的电化学性能

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全部 3小时前 四川
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