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歐陽明高院士/王莉/馮旭寧最新EnSM: 用于高安全實(shí)用鋰電池的超保形CEI保護(hù)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(shí)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(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(jī)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(qiáng)，這歸因于NMC811通過原位形成堅(jiān)固的富含無機(jī)LiF的CEI保護(hù)層從而提高了熱穩(wěn)定性。

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(jiān)固的CEI保護(hù)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(shí)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(jì)思路。

圖2. 脫鋰NMC811正極和其它組分混合物的熱穩(wěn)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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