杨文课题组在锂电池超级快充和低温电池的电解液设计方面取得研究进展

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为了满足现今电动汽车、特种设备等对储能设备的更高需求，设计具有高能量密度和长循环寿命的锂离子电池极其重要。超快充（XFC）以及低温性能对于高性能锂离子电池的设计极其重要。设计新型电解质、改善正极/电解质界面反应层(CEI)的Li+输运、提高氧化物多晶正极材料二次颗粒的结构稳定性，是解决锂离子电池的超快充和低温下，容量快速衰减的有效途径。

LTC 添加剂

图1 (a) LTC 添加剂的合成示意图，(b) 胶体电解质的丁达尔现象，(c-d) 商电解质和胶体电解质的拉曼光谱图，(e) 液体电解质中和胶体电解质不同组分的占比，(f) 不同电解质的核磁7Li谱，(g) 不同浓度LTC 胶体电解质的核磁19F谱，(h)商业电解质和胶体电解质组装Li/NCA电池在70 ℃下循环的库伦效率, (i) 不同浓度的LTC与电导率关系图。

        基于此，北京理工大学化学与化工学院长聘副教授杨文课题组在国际著名期刊Advanced Materials发表题目为“Colloid Electrolyte with Changed Li+ Solvation Structure for High-Power, Low-Temperature Lithium-Ion Batteries”的研究论文。 杨文课题组将硫代碳酸锂(LTC)作为添加剂添加到商业上电解液（LE），形成具有丁达尔现象的胶体电解质（CLE）。在胶体电解质中，LTC可与PF6-阴离子、有机溶剂之间存在强相互作用；一方面，LTC削弱LiPF6电解质的阴阳离子间的静电吸引，实现了电解液在室温和低温情况下的高离子电导 (σLi+ 15 to 4.5 mS cm-1 at 30 and -20 oC)，另一方面，LTC 与溶剂的强相互作用，锂离子在嵌入正极材料之前的去溶剂化过程，从而实现改善正极界面锂离子输运的目的。此外，由于LTC具有更高的HOMO能级，其易于在多晶的高比能氧化物NCA正极材料的二次颗粒内部，生成具有优良机械力学性能的、超薄（5nm）Li2CO3主导致密CEI层。该Li2Co3主导CEI层存在于NCA一次颗粒晶界中，可有效解决，由于LE渗透NCA二次内部导致的晶间裂纹产生。由于CLE电解质的上述优点，CLE组装Li/NCA电池，可实现超级快充和低温充放电，其可在10 C的高倍率下循环2000圈，容量保持率为80%。上述电池可在-10 ℃低温下，实现2 C快充，并实现保持长循环，电池低温循环400圈，容量保持率为90%。胶体电解质策略将为XFC 和低温离子电池的正极界面构筑提出新的思路。
       文章来源：北京理工大学
       杨文，博士，就职于北京理工大学化学与化工学院，目前为北京理工大学副教授-Tenure track（研究员），博士生导师。2003 年本科毕业于陕西师范大学化学学院。2008 年博士毕业于中科院长春应用化学所电分析化学国家重点实验室，获理学博士学位，导师为杨秀荣院士。2009 年 3 月-2010 年 6 月在 德国马普胶体界面所-MPIKG 从事博士后研究工作，合作导师为 Markus Antonietti , 王心晨教授及 David Portehault 博士。2011 年 6 月，进入北京理工大学化学学院，先后担任讲师, 硕士生导师。2012 年 6 月为北京理工大学化学学院副教授。2014 年为博士生导师。2016 年 4 月，杨文博士入选北京理工大学第一批新体系副教授-tenure track&研究员。目前已经发表工作 Journal of the American Chemical Society, Energy & Environmental Science, Advanced Materials，Nano Letter,Chemical Communication, Carbon, Science Bulletin 的 SCI 论文 41 篇。他引 1185次,H 指数 17。有一篇一作论文被评选为“高引用论文”，一篇被评为“one of the top 100 read Scientific Reports articles in 2015”,二篇一作被分别引用 400 余次和 100 余次。一篇论文以“新闻”等形式进行了重点报道。授权发明专利 3 项。多次应邀参加国际学术会议并做口头报告。