中國(guó)研究人員開(kāi)發(fā)高壓電解液并建造高能量密度鋰電池系統(tǒng)

發(fā)布日期：2022-08-08 作者：CC 點(diǎn)擊：

根據(jù)青島生物能源與工藝研究所的信息，鋰離子電池因其優(yōu)異的電化學(xué)性能而廣泛應(yīng)用于電動(dòng)汽車。正極材料是影響鋰離子電池性能的關(guān)鍵因素之一。獲得更高能量密度的最有效方法是使用高比能陰極材料（如ncm811）并提高電池的工作電壓（>4.2V）。然而，傳統(tǒng)的碳酸鹽基電解液不能適應(yīng)高壓電池系統(tǒng)，三元正極材料在高壓下會(huì)發(fā)生各種副反應(yīng)，最終會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)退化和容量退化。

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▲ 高壓氟化電解質(zhì)系統(tǒng)在電極-電解質(zhì)界面的性能、DFT計(jì)算和整個(gè)電池的循環(huán)性能

中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與工藝研究所研究員吳建飛的團(tuán)隊(duì)多年來(lái)一直深入研究正極材料和高性能電解質(zhì)領(lǐng)域（ACS應(yīng)用材料界面2020，12，49666；ACS應(yīng)用金屬界面2022，14，12264）。近年來(lái)，它在高壓電解液系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用方面取得了重要進(jìn)展。相關(guān)研究成果已發(fā)表在《化學(xué)工程雜志》上。

研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種新的高壓氟化電解質(zhì)系統(tǒng)，將ncm811正極材料的工作電壓從4.2V提高到4.6V，擴(kuò)大了三元體系的上限和應(yīng)用范圍，解決了兩個(gè)重要問(wèn)題：提高了高鎳三元陰極系統(tǒng)的比容量和工作電壓，抑制了ncm811陰極在高壓下的結(jié)構(gòu)相變、過(guò)渡金屬離子的溶解和二次粒子的開(kāi)裂，降低了極化，從而提高了系統(tǒng)的能量密度和循環(huán)性能；構(gòu)建了穩(wěn)定的CEI和SEI，實(shí)現(xiàn)了高負(fù)荷高鎳三元系電池在高壓下的可逆穩(wěn)定循環(huán)。Li||ncm811半電池在4.6V的工作電壓下可以表現(xiàn)出247.2mAh g-1的高比容量、81.4%的循環(huán)容量保持率（0.5c 200次循環(huán)）和154.5mAh g-1（5c）的高比電容。同時(shí)，石墨||ncm811全電池在4.6V的100次循環(huán)后仍保持185.7mAh g-1的高比容量。