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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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上海交大梁正團(tuán)隊(duì)高電壓快充鋰離子電池研究獲新進(jìn)展
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上海交大梁正團(tuán)隊(duì)高電壓快充鋰離子電池研究獲新進(jìn)展 2025年05月06日 責(zé)任編輯：張夢(mèng) 為滿足電動(dòng)汽車對(duì)高續(xù)航里程的需求，開發(fā)能量密度突破300 Wh kg-1的鋰離子電池（LIBs）已成為行業(yè)核心目標(biāo)。基于高鎳三元正極材料（LiNixCoyMn1−x−yO₂，x≥0.8）并結(jié)合高壓充放電策略（截止電壓>4.3 V），可通過提升比容量與工作電壓實(shí)現(xiàn)能量密度躍升。然而，高鎳正極在高電壓下界面穩(wěn)定性差，易引發(fā)電解液分解、鋁集流體腐蝕、過渡金屬溶出及不可逆相變等問題，導(dǎo)致正極阻抗升高和容量快速衰減。因此，構(gòu)建穩(wěn)定的正極電解液界面膜（CEI）和抗氧化的強(qiáng)溶劑化結(jié)構(gòu)是提升高壓LIBs循環(huán)性能的關(guān)鍵�，F(xiàn)有研究通過調(diào)控電解液（如高濃度電解液HCEs）可增強(qiáng)氧化穩(wěn)定性，但其強(qiáng)溶劑化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致鋰離子脫溶劑化能壘高，界面阻抗大，影響動(dòng)力學(xué)性能；弱溶劑化電解液（WSEs）雖能降低脫溶劑化能壘并形成無機(jī)SEI，但自由溶劑易氧化分解，導(dǎo)致CEI不穩(wěn)定。目前電解液體系難以同時(shí)滿足高電壓穩(wěn)定性和快速鋰離子傳輸?shù)男枨�，成為高壓高能量密度電池發(fā)展的瓶頸。keyimage.jpg 鑒于此，上海交通大學(xué)變革性分子前沿科學(xué)中心梁正課題組設(shè)計(jì)了一種由雙氟磺酰亞胺鋰（LiFSI）與丙烯磺酸內(nèi)酯（PES）組成的磺酸鹽基低共熔電解液（LiFSI-2.7PES），顯著提升了石墨||LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）電池的高壓循環(huán)與快充性能。通過解析磺酸鹽基溶劑化行為與正極電解質(zhì)界面（CEI）化學(xué)特性的關(guān)聯(lián)機(jī)制，發(fā)現(xiàn)高電子云密度的磺酸基團(tuán)（−O−S=O）優(yōu)先參與氧化分解，快速形成富含Li2SO4/LiF的混合CEI。該CEI可有效抑制高壓下電解液的持續(xù)副反應(yīng)，同時(shí)其高離子電導(dǎo)特性與低界面阻抗彌補(bǔ)了強(qiáng)溶劑化結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)限制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用LiFSI-2.7PES的電池在4.7 V高截止電壓下可以實(shí)現(xiàn)450次穩(wěn)定循環(huán)，并具備5 C倍率快充能力，性能優(yōu)于現(xiàn)有電解液體系。進(jìn)一步對(duì)5 Ah級(jí)石墨||NCM811軟包電池的評(píng)估驗(yàn)證了該電解液在實(shí)際應(yīng)用中的潛力，為高壓高能量密度鋰離子電池的電解液設(shè)計(jì)提供了新策略。 相關(guān)研究成果以“Fast-formed hybrid interphase enables enhanced kinetics for high-voltage and fast-charging lithium-ion batteries”為題發(fā)表于期刊CCS Chemistry上。本文第一作者為上海交通大學(xué)變革性分子前沿科學(xué)中心博士研究生董栩冰。 論文鏈接：https://doi.org/10.31635/ccschem.025.202505669 作者：梁正課題組 供稿單位：變革性分子前沿科學(xué)中心 |
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