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一位院士聯合兩位杰青！商用LiCoO2實現4.6 V超穩定快速充電
來源： 時間：2024-03-15 11:19:52 瀏覽：2731次

 第一作者：Anping Zhang

通訊作者：吳忠帥研究員、馮新亮院士、余彥教授

通訊單位：大連化學物理研究所、德累斯頓工業大學、中國科學技術大學

DOI: 10.1039/D4EE00676C.



研究背景



由LiCoO2（LCO）正極和石墨負極組成的LIBs，一直是便攜式電子產品的主要電源。然而，受傳統碳酸鹽電解質的穩定電壓窗（4.4 V）的限制，商用LCO正極只能提供理論容量（170 mAh g-1）的62%（4.4 V時）。當充電截止電壓提高到4.6 V時，從LCO正極中提取出總鋰離子的80%，比容量增加到220 mAh g-1，但電壓和充電倍率的增加會導致過渡金屬不斷溶解，活性氧不可逆釋放，電極/電解質界面副反應加劇。高壓快速充電電解質的開發是實現高能量密度快速充電電池的關鍵因素，而正極和負極同時實現快速界面動力學是快速充電的關鍵。目前，正極側的快速充電問題受到的關注遠遠少于負極側，特別是正極/電解質界面的快速充電問題。基于此，大連化學物理研究所吳忠帥研究員、德累斯頓工業大學馮新亮院士和中國科學技術大學余彥教授等人報道了一種“雞尾酒電解質”來克服上述挑戰，使商用LiCoO2（LCO）在寬溫度范圍內具有超穩定的快速充電。



文章要點



1、不同于商用碳酸鹽電解質，作者使用的電解質協同作用有助于快速離子傳輸和穩定的電極/電解質界面相，從而抑制界面副反應，加速正極側的界面反應動力學，并且即使在極高的倍率（3 C和5 C）下也可以防止鋰（Li）枝晶在負極上形成。

2、測試發現，Li||LiCoO2硬幣式電池在快速充電倍率（5 C，1000次循環后容量保留率為73.2%）和極端條件（-20和45 °C）下都顯示出超高的穩定性，遠遠超過最先進的電解質。此外，作者通過石墨||LiCoO2袋式電池（2000次循環后容量保留率為72.1%）和其他先進的高Ni或無Co正極的穩定運行，證明了該電解質的實用性和通用性。本研究為高能量密度快速充電電池的發展提出了深刻的見解和實用的策略。



圖文展示




 圖1.高壓FPE電解質的設計原理和性能

圖2. 4.6 V LCO正極在3-4.6 V FPE中的電化學性能


 圖3. 4.6 V LCO正極/電解質界面的界面動力學和寬溫度電化學性能


 圖4.在充/放電過程中4.6 V LCO正極CEI層的表征和表面演變

圖5. 4.6 V LCO正極和電解質之間的界面化學

圖6. FPE的工作機制、實際應用和通用性

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全部 3小時前 四川
文字是人類用符號記錄表達信息以傳之久遠的方式和工具。現代文字大多是記錄語言的工具。人類往往先有口頭的語言后產生書面文字，很多小語種，有語言但沒有文字。文字的不同體現了國家和民族的書面表達的方式和思維不同。文字使人類進入有歷史記錄的文明社會。
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