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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

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(fā)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(guān)注,然而隨著鎳含量的增加,電池因熱失控而面臨嚴(yán)重的安全問題。
在此,清華大學(xué)歐陽明高院士、王莉副研究員及馮旭寧等人系統(tǒng)地評估了實用的軟包Li0.8Mn0.1Co0.1O2/石墨 (NMC811/Gr) 型全電池的安全性能和相應(yīng)的CEI改性正極材料的熱穩(wěn)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(guān)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(wěn)定性。
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
圖1. 具有常規(guī)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(fā)溫度幾乎沒有變化(220.3°C@100循環(huán)vs 220.2°C@1循環(huán)),比使用傳統(tǒng)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(wěn)定性。原位CEI工程策略簡單,適用于實際工業(yè)制造,為用于安全和高能電池的富鎳正極提供了設(shè)計思路。

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

圖2. 脫鋰NMC811正極和其它組分混合物的熱穩(wěn)定性

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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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