50C snabbladdade Li-Ion-batterier med en grafitanod
|
Abstrakt
Li-ion-batterier har gjort intåg på elfordonsmarknaden med höga energidensiteter, men de lider fortfarande av långsam kinetik som begränsas av grafitanoden. Här designas elektrolyter som möjliggör extrem snabb laddning (XFC) av en grafitanod i mikrostorlek utan Li-plätering. Omfattande karakterisering och simuleringar av diffusionen av Li+ i bulkelektrolyten, laddningsöverföringsprocessen och den fasta elektrolytens interfas (SEI) visar att hög jonkonduktivitet, låg desolvationsenergi för Li+ och skyddande SEI är väsentliga för XFC. Baserat på kriteriet utformas två snabbladdande elektrolyter: lågspänning 1,8 m LiFSI i 1,3-dioxolan (för LiFePO4||grafitceller) och högspänning 1,0 m LiPF6 i en blandning av 4-fluoretylenkarbonat och acetonitril (7:3 i volym) (för LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafitceller). Den förstnämnda elektrolyten gör det möjligt för grafitelektroden att uppnå 180 mAh g−1 vid 50C (1C = 370 mAh g−1), vilket är 10 gånger högre än en konventionell elektrolyt. Den senare elektrolyten gör det möjligt för LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2||grafitceller (2 mAh cm−2, N/P-förhållande = 1) att ge en rekordstor reversibel kapacitet på 170 mAh g−1 vid 4C laddning och 0,3C urladdning . Detta arbete avslöjar nyckelmekanismerna för XFC och tillhandahåller instruktiva principer för elektrolytdesign för praktiska snabbladdande LIB:er med grafitanoder.
Referenser
- https://doi.org/10.1002/adma.202206020