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清華大學(xué)張強(qiáng)等人，連發(fā)Matter和Angew.！

來(lái)源：時(shí)間：2023-06-07 09:28:16 瀏覽：2151次

【1】

第一作者：李澤珩&姚楠&余樂(lè)耕等

通訊作者：張強(qiáng)教授&閆崇教授

通訊單位：清華大學(xué)&北京理工大學(xué)

DOI: 10.1016/j.matt.2023.04.012

研究背景

目前，基于碳酸乙烯酯（EC）體系的液態(tài)電解質(zhì)的組成極大的限制了鋰離子電池（LIBs）的低溫使用。然而，低溫溶劑的使用可極大拓寬LIBs的工作溫度范圍，但它們?cè)诘蜏叵聲?huì)與析出的Li發(fā)生副反應(yīng)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致LIBs過(guò)早失效。在較低的溫度下，尤其是在不超過(guò)-20 ℃時(shí)，LIBs的循環(huán)壽命比在高溫下面臨更嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。鑒于此，清華大學(xué)張強(qiáng)教授和北京理工大學(xué)閆崇教授等人進(jìn)一步揭示了氣體產(chǎn)生的機(jī)理，并開(kāi)發(fā)了一種基于高濃度乙酸乙酯（EA）的電解質(zhì)。富陰離子和添加劑共同分解形成的致密均勻的固體電解質(zhì)界面在低溫下有效地鈍化了涂覆的Li。

文章要點(diǎn)

1、本文所設(shè)計(jì)的電解質(zhì)使LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）/石墨軟包電池在溫度為-20 ℃，充電能力為0.2 C條件下可穩(wěn)定地循環(huán)，其壽命破紀(jì)錄地超過(guò)了一年（1400次循環(huán)）。

2、NCM811電池在-20 ℃下表現(xiàn)出良好的快速充電能力（0.5 C），在4000次循環(huán)中，每次循環(huán)的容量的衰減率低至0.0097%。

圖文展示

圖1.石墨負(fù)極在低溫下的界面演變示意圖

圖2.使用1.0 M LiPF₆ EA/FEC電解質(zhì)的袋式電池化學(xué)性能

圖3. MD模擬獲得的電解質(zhì)結(jié)構(gòu)

圖4. 3.0 M LiPF₆ EA/FEC電解質(zhì)的袋式電池性能

圖5.石墨負(fù)極上的SEI

圖6.循環(huán)石墨負(fù)極在-20 ℃的表征

圖7. 3.0 M LiPF₆ EA/FEC電解質(zhì)的袋式電池化學(xué)性能

【2】

第一作者：姚楠&余樂(lè)耕

通訊作者：張強(qiáng)教授&陳翔博士

通訊單位：清華大學(xué)

DOI: 1002/anie.202305331

研究背景

粘度對(duì)于電解質(zhì)的離子傳輸和潤(rùn)濕性極其作用，但易于獲得粘度值和深入了解該特性仍然具有挑戰(zhàn)性，而其對(duì)于評(píng)估電解質(zhì)性能和定制電解質(zhì)至關(guān)重要。基于此，清華大學(xué)張強(qiáng)教授和陳翔博士等人報(bào)道了一種篩選重疊方法，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)（MD）模擬有效地計(jì)算鋰電池電解質(zhì)的粘度。溶劑的粘度與分子之間的結(jié)合能呈正相關(guān)，表明粘度與分子間的相互作用直接相關(guān)。電解質(zhì)中的鹽隨著濃度的增加而粘度顯著增加，而稀釋劑則起到降粘劑的作用，歸因于陽(yáng)離子-陰離子和陽(yáng)離子-溶劑締合物的不同結(jié)合強(qiáng)度。

文章要點(diǎn)

1、開(kāi)發(fā)了一種準(zhǔn)確有效的篩選重疊方法（SOM），通過(guò)MD模擬計(jì)算液體電解質(zhì)的粘度。

2、SOM只需要三個(gè)容易實(shí)現(xiàn)的步驟，確定了一個(gè)適當(dāng)?shù)南嚓P(guān)時(shí)間，并首次對(duì)波動(dòng)的結(jié)果進(jìn)行篩選，比已有文獻(xiàn)中的方法具有更高的準(zhǔn)確性和時(shí)間性能。

3、通過(guò)系統(tǒng)地分析和討論電解質(zhì)組分及其配比對(duì)粘度的影響，發(fā)現(xiàn)分子的結(jié)合能與電解質(zhì)粘度之間存在正相關(guān)關(guān)系。由于鹽中陽(yáng)離子和陰離子之間的相互作用比溶劑分子之間的相互作用力強(qiáng)得多，以及形成阻止溶劑自由運(yùn)動(dòng)的溶劑化結(jié)構(gòu)，鹽的加入迅速增加了電解質(zhì)粘度。

圖文展示

圖1.純?nèi)軇┱扯鹊挠?jì)算方法及粘度和結(jié)合能的總結(jié)

圖2. LiFSI/EC/DMC電解質(zhì)的溶劑化結(jié)構(gòu)和電化學(xué)性能

圖3.不同鹽濃度下DMC/LiFSI電解質(zhì)的MD快照、粘度、擴(kuò)散系數(shù)和溶劑化結(jié)構(gòu)統(tǒng)計(jì)

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