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歐陽明高院士/王莉/馮旭寧最新EnSM: 用于高安全實用鋰電池的超保形CEI保護層

面臨目前快速增長的儲能需求，迫切需要開發高安全性和高能量的鋰離子電池。富鎳層狀正極材料由于其相對較高的容量和較低的成本一直備受關注，然而隨著鎳含量的增加，電池因熱失控而面臨嚴重的安全問題。

在此，清華大學歐陽明高院士、王莉副研究員及馮旭寧等人系統地評估了實用的軟包Li_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂/石墨 (NMC811/Gr) 型全電池的安全性能和相應的CEI改性正極材料的熱穩定性，全面研究了材料和軟包電池之間的熱失控（TR）抑制機制和相關性。

通過采用不可燃的全氟化電解液，軟包NMC811/Gr全電池固有熱特性大大增強，這歸因于NMC811通過原位形成堅固的富含無機LiF的CEI保護層從而提高了熱穩定性。

圖1. 具有常規和全氟化電解液的全電池的熱失控特性比較

在整個生命周期的老化過程中，基于全氟化電解液的電池TR觸發溫度幾乎沒有變化（220.3°C@100循環vs 220.2°C@1循環），比使用傳統電解液的電池高25.1°C。

此外，放熱峰趨勢（材料水平）與TR溫度（電池水平）一致，表明堅固的CEI保護層有利于提高脫鋰正極與其他組件混合物的熱穩定性。原位CEI工程策略簡單，適用于實際工業制造，為用于安全和高能電池的富鎳正極提供了設計思路。

圖2. 脫鋰NMC811正極和其它組分混合物的熱穩定性

圖3. 全氟化電解液中脫鋰NMC811正極的SEM表征

In-Built Ultraconformal Interphases Enable High-Safety Practical Lithium Batteries, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.09.007

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