上海交大梁正副教授团队完成快充下硬碳负极的可逆析锂

  近年来电动汽车行业取得了日新月异的开展。但是，电动车的顾客承受度和商场浸透率依然较低，这首要是因为充电耗时。因而，电池快充才能已成为电动汽车行业开展的要害之一。现在锂离子电池快充的首要妨碍之一在于石墨的低反响动力学，简单在其外表析锂，导致枝晶成长和容量快速衰减。为了尽最大或许防止锂堆积，包含金属基负极、石墨层改性、外表和缺点工程，以及弱溶剂化电解液等办法被相继提出。但是，这一些办法首要是针对在特定条件下的单步动力学进行改善，但受限于随循环条件（SOC、倍率、温度等）瞬时改变的限速过程的动态搬迁。因而，能否在快充期间坚持高SOC的一起并消除锂堆积极具应战。合理规划使用和调理负极上的可逆锂堆积容量被认为是一种“双赢”的战略，一方面锂堆积不再变得不安全，另一方面快充后负极的SOC能够挨近100%。此战略的先决条件在于SEI与负极界面处的锂金属堆积层和锂离子嵌入的化学兼容性。梁正课题组证明，在高倍率充电下，当锂堆积容量占石墨负极总面容量40%时，石墨负极的堆积锂可逆性在部分高浓度电解液（LHCE）中可到达99.5%。

  图1. 在含有（和不含有）不同成膜剂的LHCE中硬碳负极库伦功率和析锂可逆性比照

  与石墨比较，硬碳（HC）有着非常丰富的锂活性位点，能够缩短锂离子分散，并下降部分电流密度，然后具有更好的倍率功能。完成HC负极上锂堆积的高可逆性关于快充锂电池来说应该更有意义。因为HC缺点区域的高电化学活性会吸附电解液组分并加快其复原构成SEI，HC上的SEI稳定性和空间连续性特别大程度上取决于成膜剂。但是，LHCE体系中成膜添加剂在HC外表上的吸附/分化趋势及其对SEI结构的影响依然难以捉摸。此外，HC上堆积锂前后SEI的演化没有得到完全探究。

  上海交通大学革新性分子前沿科学中心梁正课题组经过研讨碳酸乙烯酯（EC）和氟代碳酸乙烯酯（FEC）在含有缺点特征的碳基体上的吸附趋势，以此来完成了HC外表上具有高离子通量和均匀成分的SEI，以促进均匀且可重复的锂堆积。依据成果得出，与EC比较，由不对称静电相互作用引起的FEC歪斜构象导致FEC的C=O与缺点位点之间的吸附较弱。因而，不管HC上的缺点散布怎么，FEC衍生的SEI具有更均匀和优异的空间连续性。与LHCE体系相结合，FEC诱导构成的SEI在调理锂堆积层形状和在循环过程中坚持自结构稳定性方面表现出色。在堆积锂占有率大于16%的情况下，FEC在250个循环中坚持HC负极的均匀库仑功率（CE）为99.8%，而EC体系的库仑功率仅为97.9%。这些发现有助于辅导不同负极成膜添加剂的挑选，以完成快充锂离子电池的可逆锂堆积。