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由于NMC811|Gr-SiO電池在當(dāng)前商用鋰離子電池中能量密度最高，因而引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)研究的極大興趣。然而，具有較高能量密度的電極材料通常具有較低的熱穩(wěn)定性，導(dǎo)致以熱失控（TR）為特征的嚴重安全隱患。

?歐陽明高/馮旭寧/馬壯Adv. Sci.: 局部高濃電解液提高實用軟包電池安全性！

在此，清華大學(xué)歐陽明高院士、馮旭寧及北京理工大學(xué)馬壯教授等人研究了采用不易燃局部高濃度電解液（LHCE，1.0 M LiFSI/FEC:TEP:BTFE=10:20:70）的實用軟包高能NMC811|Gr-SiO電池的安全特性，該電池可有效穩(wěn)定高工作電壓下的NMC811正極和SiO負極界面。需要注意的是，即使使用不可燃的電解液，電池仍然會觸發(fā)TR和燃燒，但可有效提高本征安全性。

具體而言，作者使用加速量熱法（ARC）評估了實用軟包NMC811|Gr-SiO電池的安全特性。結(jié)果表明，具有參比電解液的電池呈現(xiàn)出123.1 °C的自生熱溫度T₁，然后在221.6 °C時觸發(fā)TR（T₂），Δt_TR時間僅為3.51×10⁴ s。而具有不可燃LHCE的實用軟包電池可將T₁有效提高4.4 °C，T₂提高47.3 °C，最高TR溫度T₃降低71.8 °C，并延長Δt_TR時間約8小時。

圖1. 實用軟包高能NMC811|Gr-SiO電池的安全特性

令人驚訝的是，具有LHCE的實用軟包電池在140 °C左右會出現(xiàn)微弱的自放電，這可有效降低電池在TR之前的能量。由于這種獨特的特性，以T₂、T₃和Δt_TR為代表的本質(zhì)安全參數(shù)可大大改善。此外，橫向加熱實驗表明，不易燃的LHCE 可將TR觸發(fā)溫度提高115.7 ℃，并將TR的最高溫度降低108.8 ℃。

同時，具有不可燃LHCE的電池表現(xiàn)出優(yōu)異的高電壓循環(huán)穩(wěn)定性，這歸因于形成了堅固的富含無機物的電極-電解質(zhì)界面（EEI，包括負極-電解質(zhì)界面和正極-電解質(zhì)界面）。控制電解液的鹽/溶劑化學(xué)可使NMC811正極和Gr-SiO負極上的無機EEI更加穩(wěn)定，因此有助于進一步抑制正極相變和電極/電解液寄生反應(yīng)。據(jù)作者所知，這是迄今為止第一份關(guān)于LHCE用于實用軟包電池的安全特性的報道?？傊@項研究代表了朝著實用的高能量和高安全電池向前邁出的關(guān)鍵一步。

圖2. 實用軟包高能NMC811|Gr-SiO電池的點火特性

Thermal Runaway of Nonflammable Localized High-Concentration Electrolytes for Practical LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂|Graphite-SiO Pouch Cells, Advanced Science 2022. DOI: 10.1002/advs.202204059

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