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南科大鄧永紅EnSM: 新型環(huán)狀碳酸酯實現(xiàn)高功率/低溫鋰離子電池

現(xiàn)代鋰離子電池 (LIB) 配置是通過碳酸亞乙酯 (EC) 和石墨碳負極之間的“神奇化學”實現(xiàn)的。雖然EC產(chǎn)生的界面保護了脆弱的石墨結(jié)構(gòu)，但其固有缺點（高粘度、高熔點、過度的界面生長）導致LIB在零下溫度時的功率密度平庸和性能不佳。

在此，南方科技大學鄧永紅副教授等人證明了負極表面的相間阻抗是商業(yè) NMC-石墨LIB的高功率和低溫性能的瓶頸，并且更好的相間超過了對體離子電導率的考慮。為此，作者設(shè)計并合成了一種“雙EC”分子作為電解液添加劑來解決上述難題。

赤蘚糖醇雙（碳酸酯）（EBC）具有比EC低的LUMO能級，因此在EC還原之前傾向于分解，但其對Li⁺的弱溶劑化限制了其還原程度，從而最小化了界面厚度和相應的阻抗。

圖1. EBC、EC的LUMO能級的DFT計算

相應地，“雙EC”添加劑可以替代大容量電解液的創(chuàng)新，可以有效滿足最先進的NMC/石墨軟包電池所面臨的功率和低溫要求。結(jié)合理論和實驗方法，作者在分子水平上揭示了EBC的功能機制，并利用Ah級電池的功率和低溫性能建立了其相間化學。

與空白對照組、含VC電解液的電池相比，含EBC的電池在0℃下的低溫循環(huán)容量保持率和功率密度方面表現(xiàn)出壓倒性的優(yōu)勢，且在-20和25℃表現(xiàn)出相同的趨勢。這表明電解液添加劑的微小變化可以有效突破最先進的電池系統(tǒng)的瓶頸，這為未來的電池設(shè)計提供了重要啟示。

圖2. 空白組、VC和EBC體系內(nèi)的低溫電化學性能

A new cyclic carbonate enables high power/ low temperature lithium-ion batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.11.029

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