锂离子电池（LIBs）如今已成为便携式电子设备，电动汽车，固定式电网等必不可少的电源。然而
在提高循环寿命、倍率性能、能量密度和工作温度范围以及提高LIBs安全性等方面仍面临着巨大挑战。其中使用高容量的正负极材料和高压正极材料是增加电池能量密度的有效途径。Ni含量超过80%的高镍层状氧化物LiNixMnyCo1−x−yO2（NMC）（比如NMC811），被认为是实现超高能量密度LIBs最有潜力的候选材料，且拥有更高电压和低成本。不幸的是，在LiPF6构成的酯类电解液中，正极表面上形成的差的正极-电解质界面（CEI）层极大地阻碍了高镍NMC正极材料的实际应用，尤其是在电压高于4.3V的情况下，引起了电解液氧化分解和其他相关的副反应。因此，发展在高电压下对高镍NMC正极材料具有更好的氧化保护的先进电解液，对于实现高镍NMC的LIBs至关重要。近日，美国西北太平洋国家实验室许武博士及其合作者基于之前提出的局部高浓度电解质（LHCE）的概念，进一步开发了三种新型的LHCE（AE001-AE003），其中以LiFSI为锂盐，有机碳酸盐（DMC，EC和VC）为溶解溶剂，以及1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚（TTE）作为稀释溶剂，并在使用最先进的高压NMC811（2.8 mAh cm-2）正极和商用Gr负极（3.5 mAh cm-2）的电池中评估其性能。
研究表明，本文中制备的LHCE与Gr负极和NMC811正极均显示出优异的相容性，可在负极和正极表面上生成薄，均匀且坚固的钝化膜（SEI和CEI），以防止电解质连续电化学分解以及过渡金属溶解。因此，在LiFSI-DMC-EC-TTE LHCE中，具有高压（4.4V）的LIBs无论是在高温还是室温中循环和倍率性能大幅度提高，以及同时在低温下的优异性能。更重要的是，这项工作证实了不是电解质的电导率和粘度，而是SEI和CEI控制着LIBs快速充放电和低温性能。因此，这项工作代表了一条在宽温度范围内实现高压LIBs快速充放电的可行途径。相关论文以题为“Advanced Electrolytesfor Fast-Charging High-Voltage Lithium-Ion Batteries in Wide-Temperature Range”发表在Adv. Energy Mater.上。
论文链接
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.202000368#
图1.（a-c）LiFSI/DMC/TTE（AE001），LiFSI/DMC/VC/TTE（AE002）和LiFSI/DMC/EC/TTE（AE003）的AIMD仿真快照；（d-f）从AIMD模拟轨迹计算得到径向分布函数。
图2.不同电解质的Gr||NMC811全电池在2.5到4.4V之间充放电的电化学性能
图3.由四种不同电解液组成的Gr||NMC811电池在60°C下循环100圈前后Gr负极上SEI层的形貌和组分表征。
图4.由四种不同电解液组成的Gr||NMC811电池在60°C下循环100圈前后NMC811正极上CEI层的形貌和组分表征。
总的来说，在这项工作中，作者针对高压和宽温度范围的由Gr负极和高镍NMC正极构成的LIBs，
开发了三种基于LiFSI和碳酸盐溶剂的LHCE，极大的提升了电池电化学性能，这一切都归因于正极上形成的稳定CEI和负极上形成的薄但更坚固SEI，正极和负极上增强的界面稳定性使LIBs在长期循环中保持稳定性。 这些关键发现为通过改性电解液提高LIBs性能提供了深入的理解，为实现高压高镍NMC正极的实际应用指明了方向。（文：Caspar）本文来自微信公众号“材料科学与工程”。欢迎转载请联系，未经许可谢绝转载至其他网站。
