50C-Schnelllade-Li-Ion-Batterien mit einer Graphitanode
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Abstrakt
Lithium-Ionen-Batterien haben mit hohen Energiedichten Einzug in den Markt für Elektrofahrzeuge gehalten, leiden jedoch immer noch unter einer langsamen Kinetik, die durch die Graphitanode begrenzt ist. Hier werden Elektrolyte entwickelt, die ein extrem schnelles Laden (XFC) einer Graphitanode in Mikrogröße ohne Li-Beschichtung ermöglichen. Umfassende Charakterisierung und Simulationen zur Diffusion von Li+ im Volumenelektrolyten, zum Ladungstransferprozess und zur Festelektrolyt-Interphase (SEI) zeigen, dass eine hohe Ionenleitfähigkeit, eine niedrige Desolvatationsenergie von Li+ und eine schützende SEI für XFC unerlässlich sind. Basierend auf dem Kriterium werden zwei Schnellladeelektrolyte ausgelegt: Niedervolt 1,8 m LiFSI in 1,3-Dioxolan (für LiFePO4||Graphitzellen) und Hochvolt 1,0 m LiPF6 in einer Mischung aus 4-Fluorethylencarbonat und Acetonitril (7:3 Vol.) (für LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||Graphitzellen). Mit dem erstgenannten Elektrolyt erreicht die Graphitelektrode 180 mAh g−1 bei 50 °C (1C = 370 mAh g−1), was zehnmal höher ist als bei einem herkömmlichen Elektrolyten. Letzterer Elektrolyt ermöglicht LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||Graphitzellen (2 mAh cm−2, N/P-Verhältnis = 1) eine rekordverdächtige reversible Kapazität von 170 mAh g−1 bei 4C Ladung und 0.3C Entladung bereitzustellen . Diese Arbeit enthüllt die Schlüsselmechanismen für XFC und stellt instruktive Designprinzipien für Elektrolyte für praktische Schnelllade-LIBs mit Graphitanoden bereit.
Verweise
- https://doi.org/10.1002/adma.202206020