李偉善＆許康AEM：設計低阻抗的正極和負極界面膜提高動力電池低溫性能
【引言】
隨著電動汽車的推廣應用，高能量動力鋰離子電池的發展非常迅速，但依然面臨諸多問題。其中，鋰離子電池低溫性能還不能滿足電動汽車在寒冷地區的應用要求。此前，研究人員進行過廣泛的研究，致力於提高鋰離子動力電池的低溫性能，提出了不少解決方案，包括加熱系統輔助、電池結構優化、材料導電性改善（如電極材料導電劑、低熔點溶劑）等措施。這些方案，或者過於複雜或者效果不理想難於推廣使用。
【成果簡介】
近日，華南師範大學李偉善教授和美國陸軍實驗室許康研究員（共同通訊作者）等人分析了鋰離子電池低溫性能差的原由，發現電解液分解產物在正、負極表面的堆積產生高界面阻抗是主因，尤其是負極。據此，他們提出了可以優先於電解液在正極氧化及在負極還原的鋰鹽電解液添加劑（二氟雙草酸磷酸鋰）構建低阻抗的界面膜。應用該添加劑，石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2軟包電池在0°C下0.5C循環200圈，容量保持率從57%提高到94%；-30°C下0.2C放電容量保持率（相對於室溫）從14%提高到49%。該研究成果以「Designing Low Impedance Interface Films Simultaneously on Anode and Cathode for High Energy Batteries」為題，發表在Adv. Energy Mater.上。
【圖文導讀】
圖1.正極的電化學性能
A)LiNi5Co0.2Mn0.3O2電極常溫下的循環性能
B)LiNi5Co0.2Mn0.3O2電極常溫下的阻抗
C)LiNi5Co0.2Mn0.3O2電極常溫和0°C下阻抗擬合結果
D)LiNi5Co0.2Mn0.3O2電極0°C下的阻抗
圖2.負極的電化學性能
A)石墨電極常溫下的循環性能
B)石墨電極常溫下的阻抗
C)石墨電極常溫和0°C下阻抗擬合結果
D)石墨電極0°C下的阻抗
圖3.石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池的低溫
性能
A，B）不同溫度下的放電性能
C）0°C下的循環性能
D）-20°C下的循環性能
圖4.溫度對石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2電池
阻抗的影響
A，B）不同溫度下的電池的交流阻抗譜
C）電池電極的界面變化及其等效電路
D）溫度對電池內阻的影響
【小結】
這項工作首次報道了應用鋰鹽電解液添加劑，構建正、負極低阻抗界面膜，提高動力電池低溫性能的方法，為解決電動汽車在寒冷區難於應用的問題提供了新的解決方案。
文獻鏈接：Designing Low Impedance Interface Films Simultaneously on Anode and Cathode for High Energy Batteries(Adv. Energy. Mater, 2018:1800802（DOI: 10.1002/aenm.201800802）)
通訊作者簡介：
李偉善：華南師範大學教授、博士生導師。目前擔任「電化學儲能材料與技術教育部工程研究中心」負責人。Elsevier高被引學者，享受國務院政府特殊津貼。以第一完成人獲得多項成果獎勵，包括廣東省科學技術獎（發明獎）一等獎(2012)，廣東省科學技術獎（科技進步獎）一等獎（2007）等獎項。
許康：美國陸軍實驗室高級科學家、美國橡樹嶺聯合大學國家研究委員顧問。從事電解液材料和界面化學工作二十餘年，多次獲得國防部及國際獎勵，包括「Best Paper Award of Army Science (2010)」, 「Invention of the Year Award (2016)」和「International Battery Association Technology Award (2017)」等。在國際TOP期刊上發表論文160多篇，文章引用次數超過13,000次，H因子61。2004年和2014年發表在Chemical Review上的兩篇關於電解液研究進展被譽為電池研究工作者的「標準參考書」。
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