Литий-ионные батареи с быстрой зарядкой 50C и графитовым анодом
|
Абстрактный
Литий-ионные батареи, обладающие высокой плотностью энергии, прочно закрепились на рынке электромобилей, однако они по-прежнему страдают от медленной кинетики, ограниченной графитовым анодом. В данной работе разработаны электролиты, обеспечивающие сверхбыструю зарядку (XFC) микроразмерного графитового анода без осаждения лития. Комплексная характеристика и моделирование диффузии Li+ в объеме электролита, процесса переноса заряда и твердого электролитного межфазного слоя (SEI) показывают, что высокая ионная проводимость, низкая энергия десольвации Li+ и защитный SEI необходимы для XFC. На основе этого критерия разработаны два быстрозаряжаемых электролита: низковольтный 1,8 м LiFSI в 1,3-диоксолане (для ячеек LiFePO4||графит) и высоковольтный 1,0 м LiPF6 в смеси 4-фторэтиленкарбоната и ацетонитрила (7:3 по объему) (для ячеек LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||графит). Первый электролит позволяет графитовому электроду достигать емкости 180 мА·ч·г⁻¹ при 50C (1C = 370 мА·ч·г⁻¹), что в 10 раз выше, чем у обычного электролита. Второй электролит позволяет элементам LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||графит (2 мА·ч·см⁻², соотношение N/P = 1) обеспечивать рекордную обратимую емкость 170 мА·ч·г⁻¹ при заряде 4C и разряде 0,3C. Эта работа раскрывает ключевые механизмы XFC и предоставляет полезные принципы проектирования электролитов для практических литий-ионных аккумуляторов с быстрой зарядкой и графитовыми анодами.
Ссылки
- https://doi.org/10.1002/adma.202206020