美国马里兰大学化学与生物分子工程系教授@@、极端电池研究中心主任王春生团队@@，提出了一种全新的@@电解液@@设计方法@@，将锂离子电池@@的@@工作温区从@@（-20℃，+50℃）扩展到@@@@（-60℃，+60℃）。今年春运一位开电动车回家的@@车主上@@了热搜@@，起因是他开的@@特斯拉@@@@model Y，从青岛到@@牡丹江约@@2000公里@@的@@路程充了@@14次电@@。这主要是因为冬季电动车续航严重下降@@，特斯拉@@model Y标准续航版标称的@@续航里程是@@435公里@@，在青岛的@@续航大概可以维持在@@350公里@@左右@@，而进入辽宁省以后@@，车辆的@@续航就掉到@@了@@240公里@@上@@下@@。导致续航骤降最大的@@原因就是气温@@，现如今无论是电动汽车还是智能手机使用的@@基本上@@都是锂离子电池@@@@。当温度降低@@，锂离子电池@@的@@溶剂@@分子之间偶极作用增强@@，使得溶剂凝固@@。固化后的@@电解质基本丧失传导锂离子的@@能力@@，限制了锂离子与电极作用@@。常规基于碳酸酯的@@商用电解液@@在大约@@ -30℃ 的@@低温下就会凝固@@，导致电池无法正常工作@@ 。近日@@，一项针对上@@述缺陷的@@研究成果于发表@@，美国马里兰大学化学与生物分子工程系教授@@、极端电池研究中心主任王春生团队@@，提出了一种全新的@@电解液@@设计方法@@，将锂离子电池@@的@@工作温区从@@（-20℃，+50℃）扩展到@@@@（-60℃，+60℃）。相关论文以@@《极端工作条件下锂离子电池@@的@@电解液@@设计@@》（Electrolyte design for Li-ion batteries under extreme operating conditions）为题发表在@@Nature上@@。
当前基于碳酸酯的@@电解液@@不能满足锂离子电池@@@@（LIBs）大部分极端条件下的@@要求@@，因为它们的@@电压窗口被限制在@@4.3V，它们的@@工作温度范围很窄@@（-20℃到@@+50℃），而且易燃@@。之前的@@研究一般通过引入一系列低凝固点的@@共溶剂@@，如线性羧酸酯或@@醚@@，来降低电解液@@的@@凝固点@@，从而实现低温工作@@。然而@@，这些羧酸酯类和醚类的@@电化学稳定性较窄@@。而此项研究的@@核心是筛选具有较低施主数@@（小于@@10）和高介电常数@@（大于@@5）的@@溶剂@@，从而保证锂盐的@@解离@@，同时最大限度地减小锂离子脱溶剂化能@@。然后研究人员将一种共溶剂成分添加至电解液@@@@，由于这种共溶剂具有高还原电位@@，进而在正极和负极形成相似的@@富含氟化锂的@@界面层@@，并促进正极和负极上@@的@@相似的@@嵌锂@@/脱锂动力学@@。接着利用分子动力学模拟@@，筛选出能够最大程度减小整体和界面阻抗@@的@@软溶剂和共溶剂分子@@，从而实现快速充放电@@。最后@@，通过匹配正极和负极的@@热力学@@（容量@@）和动力学@@（阻抗@@），从而让@@NMC811||石墨电池@@可实现快充和宽温区充放电@@，而不产生锂沉积@@。
电解质的@@设计方法@@ 资料来源@@：Nature
据介绍@@，使用此种电解质设计策略的@@@@NMC811||石墨电池@@，满足宽温区充放电能力@@（±60℃）、更高电压@@（≥4.5 伏@@）、快速充电@@（≤15 分钟@@）、不易燃烧等需求@@。面容量@@超过@@2.5mAh/cm2 的@@4.5V NMC811||石墨全电池在@@-50℃（-60℃）充放电时@@，仍能保留@@75％（54％）的@@室温容量@@@@。并且@@，软包电池即便在@@-30℃、300 次循环时@@，仍能实现超过@@83%的@@电池容量@@@@，其平均库伦效率在@@99.9%以上@@@@。本研究成果的@@第一作者徐吉健表示@@：“想让锂离子电池@@在极端条件下实现最佳性能@@，不仅要拓宽电池的@@工作温区@@，还应兼顾充电效率@@、电压窗口和安全性@@。因此@@，这次的@@新研究可以说是电池领域的@@一次重大突破@@。”下一步@@，课题组将进一步设计电解液@@@@，以减少电荷转移的@@阻力@@，而不损害离子传导性@@。进一步提高@@电解液@@的@@离子电导@@，从而改善倍率性能@@，实现更好的@@快充性能@@。参考原文@@：Electrolyte design for Li-ion batteries under extreme operating conditions.
