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一位院士联合两位杰青！商用LiCoO2实现4.6 V超稳定快速充电

来源：时间：2024-03-15 11:19:52 浏览：618次

第一作者：Anping Zhang

通讯作者：吴忠帅研究员、冯新亮院士、余彦教授

通讯单位：大连化学物理研究所、德累斯顿工业大学、中国科学技术大学

DOI: 10.1039/D4EE00676C.

研究背景

由LiCoO₂（LCO）正极和石墨负极组成的LIBs，一直是便携式电子产品的主要电源。然而，受传统碳酸盐电解质的稳定电压窗（4.4 V）的限制，商用LCO正极只能提供理论容量（170 mAh g^-¹）的62%（4.4 V时）。当充电截止电压提高到4.6 V时，从LCO正极中提取出总锂离子的80%，比容量增加到220 mAh g^-¹，但电压和充电倍率的增加会导致过渡金属不断溶解，活性氧不可逆释放，电极/电解质界面副反应加剧。高压快速充电电解质的开发是实现高能量密度快速充电电池的关键因素，而正极和负极同时实现快速界面动力学是快速充电的关键。目前，正极侧的快速充电问题受到的关注远远少于负极侧，特别是正极/电解质界面的快速充电问题。基于此，大连化学物理研究所吴忠帅研究员、德累斯顿工业大学冯新亮院士和中国科学技术大学余彦教授等人报道了一种“鸡尾酒电解质”来克服上述挑战，使商用LiCoO₂（LCO）在宽温度范围内具有超稳定的快速充电。

文章要点

1、不同于商用碳酸盐电解质，作者使用的电解质协同作用有助于快速离子传输和稳定的电极/电解质界面相，从而抑制界面副反应，加速正极侧的界面反应动力学，并且即使在极高的倍率（3 C和5 C）下也可以防止锂（Li）枝晶在负极上形成。

2、测试发现，Li||LiCoO₂硬币式电池在快速充电倍率（5 C，1000次循环后容量保留率为73.2%）和极端条件（-20和45 °C）下都显示出超高的稳定性，远远超过最先进的电解质。此外，作者通过石墨||LiCoO₂袋式电池（2000次循环后容量保留率为72.1%）和其他先进的高Ni或无Co正极的稳定运行，证明了该电解质的实用性和通用性。本研究为高能量密度快速充电电池的发展提出了深刻的见解和实用的策略。

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