【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，致力于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，或者過于復雜或者效果不理想難于推廣使用。

【成果簡介】

近日，華南師范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于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/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂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（相對于室溫）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)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂電極常溫下的循環性能

B)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂電極常溫下的阻抗

C)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂電極常溫和0°C下阻抗擬合結果

D)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂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/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂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/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂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于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）)