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碳酸乙烯酯(EC)是最先進的鋰離子電池(LIBs)電解液中的重要成分。然而，EC極易在高鎳層狀氧化物正極的表面氧化，因此不適合用于下一代高能量密度LIBs。

德克薩斯大學奧斯汀分校Arumugam Manthiram等基于市售LiPF₆-in-EMC配方配制了一種簡單但有效的無EC電解液，經證明該電解液可顯著提高高鎳LIBs的性能。

圖1 無EC電解液優化

具體而言，作者通過在1.5 m LiPF₆-in-EMC電解液中添加20 wt%的氟代碳酸乙烯酯(FEC)和1 wt%的 4,5-二氰基-2-(三氟甲基)咪唑鋰(LiTDI)，獲得了一種無EC電解液(20F1.5M-1TDI)。研究發現，20F1.5M-1TDI電解液可通過FEC和LiTDI的協同分解，形成有效的CEI保護層，顯著抑制正極/電解質界面處的副反應，從而形成了高度穩定的高鎳正極。此外，在無EC的情況下，石墨負極也得到了很好地鈍化。

圖2 全電池電化學性能

因此，20F1.5M-1TDI電解液可顯著提高其儲存壽命并改善高鎳全電池的電化學性能。與含有EC的基線電解液（1 m LiPF₆-EC:EMC+ 2 wt% VC）相比，采用20F1.5M-1TDI電解液的LiNi_0.9Mn_0.05Al_0.05O₂ (NMA90)/石墨全電池表現出增強的循環穩定性和抑制的電壓滯后增長。該研究進一步證明了無EC電解液在下一代高鎳LIBs中的巨大潛力，所獲得的機理理解可能有助于開發用于其他電化學儲能系統的電解液。

圖3 CEI和SEI層的化學成分

Ethylene Carbonate-Free Electrolytes for Stable, Safer High-Nickel Lithium-Ion Batteries. Advanced Energy Materials 2022. DOI: 10.1002/aenm.202103806

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Arumugam團隊AEM：無EC電解液助力穩定、安全的高鎳鋰離子電池

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