面包芯语

清华大学张强团队最新Angew:酯基电解液助力−80°C至80°C宽温锂电池再获突破！

锂电联盟会长 2024-08-22 09:02
构建AI未来，Arm计算平台无处不在 精密双向电流传感放大器：精准测量，守护电流安全
点击左上角“锂电联盟会长”，即可关注！

文章背景

磷酸铁锂(LiFePO4, LFP)随着碳包覆和纳米化的使用，极大地缓解了其电子导电性差和锂离子扩散缓慢的问题。因此，由于其成本低、安全性高、循环寿命长等优点，在全球电池市场上获得了显著的发展势头。目前，与层状氧化物/石墨电池相比，LFP/石墨电池不仅主导了储能市场，而且在动力电池领域占据了更大的市场份额。然而，LFP/石墨电池在低温和高倍率下表现出性能弱点，很大程度上归因于石墨负极侧的缓慢动力学和随后的Li电镀问题。此外，正极动力学的局限性也对电池的倍率能力和低温容量产生不利影响。商用LFP正极的电化学动力学仍然不如层状三元正极，这使得LFP/石墨电池在高倍率和低温下工作时面临更严峻的挑战。与低温电解质的设计原则相比，全气候电解质的设计必须在提高动力学以增加可用容量和防止Li镀层方面做出重大改进，同时还必须确保在不同温度和电流率下体积电解质和界面的稳定性，这仍然是一个重大挑战。

内容简介

磷酸铁锂（LFP）/石墨电池长期以来在储能电池市场上占据主导地位，并预计成为全球动力电池市场的主导技术。然而，LFP/石墨电池的快速充电能力和低温性能较差，严重阻碍了它们的进一步普及。这些限制与界面锂（Li）离子传输强烈相关。为了规避上述障碍，本文报告了一种宽温度范围的酯基电解质，通过调节锂盐的阴离子化学，展现出高离子导电性、快速界面动力学和优异的成膜能力。通过使用三电极系统和弛豫时间分布技术，定量揭示了电池界面能垒。系统研究了所提出电解质在防止析Li和维持均匀稳定界面方面的优势。LFP/石墨电池在-80°C至80°C的超宽温度范围内展现出可充电性，并在不牺牲寿命的情况下展现出出色的快速充电能力。特别地，实用的LFP/石墨软包电池在25°C下经过1200个循环（2 C）后容量保持率达到80.2%，在10分钟内充电至89%（5 C），即使在-80°C下也能提供可靠的电力。相关成果以“Electrolyte Design EnablesRechargeable LiFePO4/Graphite Batteries from −80℃ to 80℃”为题发表在国际期刊Angewandte Chemie International Edition上。论文的第一作者为Zeheng Li，通讯作者为Qiang Zhang&Chong Yan。

文章亮点

1、本工作提出了一种新颖的设计策略，通过调节羧酸酯基电解质的阴离子化学，同时改善Li+传输动力学和界面稳定性。使用双(氟磺酰基)亚胺锂（LiFSI）替代LiPF6作为锂盐，在甲基丙酸酯（MP）和氟乙烯碳酸酯（FEC）的9:1（体积比）混合物中，设计并制备了一种新的酯基电解质（LiFSI/MF91）。该电解质使得LFP/石墨电池在-80°C至80°C的超宽温度范围内可充电，并在-30°C下100个循环后避免了可观察到的析Li0；
2、通过1.0 Ah LFP/石墨软包电池验证了LiFSI/MF91电解质的实用性，该电池在2 C和25°C下经过1200个循环后，容量保持率达到80.2%，在25°C下5 C和10分钟内充电至89% SOC，并且在-20°C/0.5 C和-40°C/0.1 C下展现出稳定的循环性能。

主要内容

图1.  示意图，展示了LFP/石墨电池在（顶部）LiPF6/MF91和（底部）LiFSI/MF91中的界面Li+传输动力学和界面稳定性。 
图2.不同电解质的特性。(a) 拉曼光谱和 (b) 不同电解质的DSC曲线。(c 和 d) 不同电解质的 (c) 粘度和 (d) 离子电导率的温度依赖性。(e 和 f) 不同电解质在 (e) -80°C 和 (f) 80°C 时的照片。 
图3. 不同电解质中Li+传输动力学的分析。(a 和 b) 在不同温度下LFP正极在 (a) LiPF6/MF91 和 (b) LiFSI/MF91中的DRT曲线。(c 和 d) 在不同温度下石墨负极在 (c) LiPF6/MF91 和 (d) LiFSI/MF91中的DRT曲线。(e 和 f) 不同电解质中LFP正极的 (e) RCEI 和 (f) Rct随温度的变化，通过DRT曲线中相应峰面积的积分确定。(g 和 h) 不同电解质中石墨阳极的 (g) RSEI 和 (h) Rct随温度的变化，通过DRT曲线中相应峰面积的积分确定。(i 和 j) 在25°C和5 C时不同电解质中 (i) LFP正极和 (j) 石墨负极的电压曲线。
图4. 不同电解质中LFP/石墨纽扣电池的电化学性能。(a) 在25°C和2 C下不同电解质中LFP/石墨电池的循环性能。(b) 在25°C下不同电解质中LFP/石墨电池的倍率性能。(c 和 d) 在 (c) -30°C和0.1 C以及 (d) 60°C和1 C下不同电解质中LFP/石墨电池的循环性能。(e) 在80°C和0.4 C下LFP/石墨电池在LiFSI/MF91中的循环性能和 (f) 对应的电压曲线。 
图5. 在-30°C下循环100次后不同电解质中石墨负极的特性。(a 和 b) 在 (a) LiFSI/MF91 和 (b) LiPF6/MF91中石墨负极的SEM图像。(c 和 d) 在 (c) LiFSI/MF91 和 (d) LiPF6/MF91中石墨负极上形成的SEI的XPS光谱，以相应深度剖面结果的列显示。(e 和 f) 在 (e) LiFSI/MF91 和 (f) LiPF6/MF91中石墨负极上SEI的原子浓度在不同蚀刻时间。
图6.  在-30°C下循环的不同电解质中石墨负极的界面演变。(a 和 b) 在LiPF6/MF91中石墨负极的冷冻透射电镜图像 (a) 化成循环后和 (b) 在-30°C下100次循环后。(c 和 d) 在LiFSI/MF91中石墨负极的冷冻透射电镜图像 (c) 化成循环后和 (d) 在-30°C下100次循环后。(e 和 f) 在LiPF6/MF91中石墨表面在 (e) 化成循环后和 (f) 在-30°C下100次循环后的TOF-SIMS 3D断层扫描图。(g 和 h) 在LiFSI/MF91中石墨表面在 (g) 形成循环后和 (h) 在-30°C下100次循环后的TOF-SIMS 3D断层扫描图。
图7. 在极端条件下LFP/石墨软包电池的电化学性能。(a) 在25°C和2 C下LiFSI/MF91中LFP/石墨软包电池的长期循环性能。(b) 在LiPF6/MF91和LiFSI/MF91中LFP/石墨软包电池的快速充电能力。(c) 在-20°C下LiPF6/MF91和LiFSI/MF91中LFP/石墨软包电池的循环性能。(d) 在-40°C和0.1 C下LiFSI/MF91中LFP/石墨软包电池的循环性能。(e) 在-80°C下LiPF6/MF91和LiFSI/MF91中LFP/石墨软包电池的电压曲线。(f 和 g) 在不同电流密度下LiFSI/MF91中LFP/石墨软包电池在 (f) -60°C和 (g) -80°C下的放电容量。

结论

本工作提出了一种酯基电解质（LiFSI/MF91），通过调节LFP/石墨电池在极端条件下运行的阴离子化学。LiFSI/MF91具有宽液态范围、高体积离子导电性和在LFP正极和石墨负极两侧的快速界面Li+传输动力学，从而提高了可访问容量并防止了低温循环和快速充电期间的析Li0。此外，LiFSI/MF91能够在宽温度范围内形成薄而均匀的界面，并且这些界面在宽温度范围内保持高度稳定，这使得LiFSI/MF91能够在不牺牲室温和高温循环稳定性的情况下，提高LFP/石墨电池的低温和快速充电能力。采用LiFSI/MF91的LFP/石墨电池展现了-80°C至80°C的超宽温度范围。采用LiFSI/MF91的Ah级软包电池在2 C下循环1200次后，展现出80.2%的容量保持率和出色的快速充电能力，在10分钟内达到89% SOC。值得注意的是，LiFSI/MF91使得软包电池即使在-80°C下也能实现稳定的低温循环性能，并且仍然可以作为可靠的电源提供高达215 mAh的容量。这项工作为设计具有高界面动力学和高界面稳定性的LIBs提供了新的见解，扩展了在室温和高温下不牺牲寿命的低温和快速充电性能。

参考文献

Li, Z.; Yao, Y.-X.; Zheng, M.; Sun, S.; Yang, Y.; Xiao, Y.; Xu, L.; Jin, C.-B.; Yue, X.-Y.; Song, T.; Wu, P.; Yan, C.*; Zhang, Q.* Electrolyte Design Enables Rechargeable LiFePO4/Graphite Batteries from −80°C to 80°C.  Angewandte Chemie  International Edition, 2024,2409409. 
https://doi.org/10.1002/anie.202409409

锂电联盟会长向各大团队诚心约稿，课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿，请联系：邮箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。
相关阅读：
锂离子电池制备材料/压力测试！
锂电池自放电测量方法：静态与动态测量法！
软包电池关键工艺问题！
一文搞懂锂离子电池K值！
工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
揭秘宁德时代CATL超级工厂！
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看！
锂离子电池生产中各种问题汇编！
锂电池循环寿命研究汇总（附60份精品资料免费下载）


登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
锂电联盟会长 研发材料，应用科技
评论
  • 电气系统中，如何选择一款最为适配的数字隔离芯片？
    数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路，在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立，提高低压系统的抗干扰能力，同时还可确保高、低压系统之间的安全交互，使系统稳定工作，并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是，数字隔离芯片历经多年发展，其应用范围已十分广泛，凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么，电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 73浏览
  • 瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法
    本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法，开启性能模式后，APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示，搭载4核A53处理器，主频高达2.0GHz；内置独立1Tops算力NPU，可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容，注意"+"号为添加内容，"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 161浏览
  • 人形机器人疯狂进厂打工！银河通用、智元、乐聚机器人怕是都疯了
     万万没想到！科幻电影中的人形机器人，正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日，乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车，再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔，银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司，在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1，这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人，得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业，智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 337浏览
  • 2025年刚开始，就收到了“橄榄枝”！
    临近春节，各方社交及应酬也变得多起来了，甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”，基本是关于2025年经济预判的话题，以及如何稳定工作等话题；但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面，他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中，我发现今年的聊天有个很有意思的“点”，挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的，还能掌握一些经济趋势的分析能力，到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情？单单就这个一个月内，我就重复了数次“为什么”，再辅以我上次写的：《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 27浏览
  • 艾迈斯欧司朗秀绝技，汽车照明的 “隐形魔法” 与万级像素传奇
    随着消费者对汽车驾乘体验的要求不断攀升，汽车照明系统作为确保道路安全、提升驾驶体验以及实现车辆与环境交互的重要组成，日益受到业界的高度重视。近日，2024 DVN（上海）国际汽车照明研讨会圆满落幕。作为照明与传感创新的全球领导者，艾迈斯欧司朗受邀参与主题演讲，并现场展示了其多项前沿技术。本届研讨会汇聚来自全球各地400余名汽车、照明、光源及Tier 2供应商的专业人士及专家共聚一堂。在研讨会第一环节中，艾迈斯欧司朗系统解决方案工程副总裁 Joachim Reill以深厚的专业素养，主持该环节多位
    艾迈斯欧司朗 2025-01-16 20:51 195浏览
  • 过孔的设计孔径是真的很重要，但高速先生也是真的不关心
    高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛，高速先生就不打算给大家上难度了，整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来，尤其对于PCB设计工程师来说，心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计，高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心！另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈，因为翻看很多以往的文章，高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦！咋滴，今天居然说孔径不关心了？别，别急哈，听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定，毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 95浏览
  • Ubuntu20.04取消root账号自动登录方法触觉智能RK3568开发板演示
    Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录，本文介绍如何取消root账号自动登录，改为通过输入账号密码登录，使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示，搭载瑞芯微RK3568，四核A55处理器，主频2.0Ghz，1T算力NPU；支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统，接口丰富，开发评估快人一步！添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户，用户名以industio为例，系统会提示设置密码以及其他信息，您可以根据需要填写或跳过，命令如下：root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 121浏览
  • 手机购新补贴实施方案发布 京东将率先上线手机“国补”会场
    日前，商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表（手环）购新补贴实施方案》明确，个人消费者购买手机、平板、智能手表（手环）3类数码产品（单件销售价格不超过6000元），可享受购新补贴。每人每类可补贴1件，每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15％，每件最高不超过500元。目前，京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作，未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启，京东将第一时间率先上线，满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放，基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 221浏览
  • PCB设计第058篇 如何打开IPC-2581格式的PCB加工文件
        IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式，成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件，可以查看（不可修改）IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品：Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 46浏览
  • 挑战6万月薪【三】Purple Pi OH开发板带你7天入门OpenHarmony！
    现在为止，我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接，接下来，让我们趁热打铁，完成剩余配件的连接！注：配件连接前请断开主板所有供电，避免敏感电路损坏！1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6，具备进行音频输出及录音功能，接入耳机后声音将优先从耳机输出，如下图所示：1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示，支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后，使用系统相机软件打开相机拍照和录像，如下图所示：1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 147浏览
  • 聊聊RISC-V MCU技术
    嘿，咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢，简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊，2010年的时候，是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的，目的就是想搞个新的、开放的指令集架构，能跟上现代计算的需要。到了2015年，专门成立了个RISC-V基金会，让这个架构更标准，也更好地推广开了。这几年啊，这个RISC-V的生态系统发展得可快了，好多公司和机构都加入了RISC-V International，还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 108浏览
  • 论PN结的四种逆向电导模式
     光伏及击穿，都可视之为 复合的逆过程，但是，复合、光伏与击穿，不单是进程的方向相反，偏置状态也不一样，复合的工况，是正偏，光伏是零偏，击穿与漂移则是反偏，光伏的能源是外来的，而击穿消耗的是结区自身和电源的能量，漂移的载流子是 客席载流子，须借外延层才能引入，客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍，能漂不能漂，只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围，而穿通的成因，则是因耗尽层的过度扩张，致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触，当耗尽层融通，耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失，
    MrCU204 2025-01-17 11:30 179浏览
  • 【工程师故事】+2024年总结之做技术不能想当然
    2024年是很平淡的一年，能保住饭碗就是万幸了，公司业绩不好，跳槽又不敢跳，还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的，碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有，小问题还是有不少，这里就举一两个来说一下。第一个就是，先看下下面的这个封装，你能猜出它的引脚间距是多少吗？这种排线座比较常规的是0.6mm间距（即排线是0.3mm间距）的，而这个规格也是我们用得最多的，所以我们按惯性思维来看的话，就会认为这个座子就是0.6mm间距的，这样往往就不会去细看规格书了，所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 178浏览
我要评论
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦