文献|华中科技大学黄云辉教授《AM》：溶剂化和界面工程使得石墨/NCM电池能够在-40℃下以超过270 wh/kg的能量密度工作

文章背景

可在低温条件下工作的锂离子电池(LIBs)对于轨道任务、海底区域和电动汽车的应用至关重要。不幸的是，由于低温下出现了巨大的动力学障碍，导致了严重的容量损失。

成果简介
华中科技大学黄云辉教授提出了采用钠离子(Na⁺)作为异质阳离子添加剂，并通过优先还原Na⁺-(溶剂/阴离子)团簇进一步确定了Li-Na杂化和富氟界面相，发现该界面相有效地促进了Li⁺在LiF/NaF晶界的迁移。
在N/P为1.1的条件下，石墨/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂ (NCM)全电池(阴极负载量为~18.5 mg/cm²)在-20℃下的容量高达125.1 mAh/g，循环时间延长至100次。
最后，组装了一个270 Wh/Kg的石墨/NCM袋式电池，通过将截止电压提高到4.6 V，电池在-40℃下的初始循环容量为108.7 mAh/g。从基础和实际两方面考虑，这项工作将推动进一步的进步，并允许LIB在极端操作温度下发挥比以往任何时候都多的作用图文导读

图1

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总结与展望

综上所述，为了突破LIBs在低温下面临的动力学障碍，本文提出了一种溶剂化调节方法，该方法有效地削弱了Li⁺-溶剂相互作用，与传统的碳酸盐电解质相比，Li⁺的脱溶能仅为其一半。

此外，我们证明了在添加剂浓度下使用Na⁺阳离子来指导SEI形成化学的可能性，其中建立的Li-Na杂化，富氟界面相有效地最小化了Li⁺迁移能量，从而降低了Li⁺通过SEI扩散的激活障碍。

由于这种协同作用，石墨/NCM523电池具有优异的可逆性，在500次循环中保持80.6%的容量。在-20℃、N/P比为1.1的条件下进行充放电，放电容量为125.1 mAh/g。

同时，电池极化受到很大限制，在-20℃循环100次后，未观察到镀Li的迹象。电解液进一步提供了一个270 Wh/Kg的高压袋电池，在-40℃下运行超过60个周期。

总的来说，这项工作提供了如何通过电解质定制来克服动力学障碍的见解，这将推动商业的、低温操作的石墨电池的发展，否则使用传统的电解质配方是不可能的。

文献链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202210115

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