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密歇根大學(xué)安娜堡分校AEM：固體電解質(zhì)涂覆石墨實(shí)現(xiàn)鋰電的4C快充

實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的快速充電（≥4C）是加速電動(dòng)汽車普及的重要挑戰(zhàn)。然而，為了最大化電池的能量密度，推動(dòng)了越來越厚的電極的使用，這反而阻礙了倍率性能的提升。

在此，美國密歇根大學(xué)安娜堡分校Neil P. Dasgupta等人報(bào)道通過原子層沉積技術(shù)（ALD）將單離子導(dǎo)電固體電解質(zhì)（Li₃BO₃ -Li₂CO₃, LBCO) 涂覆到壓延后的石墨電極上，形成人工固體電解質(zhì)中間相 (a-SEI)。LBCO涂層可以消除預(yù)處理過程中自然形成的SEI。

涂覆LBCO電極的SEI電阻為4.1 Ω cm²，比未涂覆的對照電極上自然形成的SEI降低了4倍。LBCO具有電化學(xué)穩(wěn)定性且由單離子導(dǎo)電SE組成，其電導(dǎo)率高于石墨上天然SEI的組分。此外，LBCO薄膜對電解液分解的抑制和較高的離子導(dǎo)電性也使其有望用作其他電極材料(如硅)的a-SEI。

圖1. ALD技術(shù)實(shí)現(xiàn)石墨電極的LBCO涂層

因此，LBCO涂層大大降低了具有商業(yè)負(fù)載的軟包電池在快充循環(huán)過程中的容量衰減，延長了其循環(huán)壽命。在4 C的快充倍率下，具有>3 mAh cm^-2負(fù)載的軟包電池在500次循環(huán)后（未涂層對照電池僅能循環(huán)12 次）仍能保持80% 的容量。

容量保持率的提高歸功于鋰電鍍的抑制，三電極測量和失活后光學(xué)成像表明，SEI阻抗的降低延遲了鋰電鍍的開始，這與電極內(nèi)部局部SOC的均勻性提高有關(guān)。除了提高庫侖效率外，電池極化的降低還提高了充電過程的能效。

這項(xiàng)工作表明，可以在不犧牲能量密度的情況下，通過純粹的界面改性實(shí)現(xiàn)4C快速充電，并揭示了SEI在鍍鋰和快速充電性能中的作用。

圖2. 使用和不使用LBCO涂層的NMC532/石墨軟包電池的延長循環(huán)

Enabling 4C Fast Charging of Lithium-Ion Batteries by Coating Graphite with a Solid-State Electrolyte, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102618

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