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2023年5月10日，清华大学张强教授团队在Cell Press细胞出版社材料旗舰期刊Matter上发表了题为“Inhibiting gas generation to achieve ultralong-lifespan lithium-ion batteries at low temperatures”的研究文章。该研究揭示了基于羧酸酯基电解液体系锂离子电池低温循环的产气机制，提出了高盐乙酸乙酯基电解液策略抑制气体生成，力争实现电化学动力学和界面稳定性的兼顾，开发出在极端环境下高效工作的电池器件。
研究亮点
1. 揭示了基于羧酸酯基电解液体系锂离子电池低温循环的产气机制。
2. 提出了高盐乙酸乙酯基电解液策略抑制气体生成。
3. 实现了Ah级软包全电池在−20°C充电/放电工况下超过一年的稳定长循环寿命，创造新纪录。
在常规锂盐浓度的乙酸乙酯（EA）基电解液中，由于参与固态电解质界面膜（SEI）形成的阴离子较少，即使在成膜添加剂存在的情况下，也无法钝化低温循环过程中析出的金属锂。EA与金属锂持续的剧烈反应导致大量气体生成以及 SEI和石墨体相结构迅速衰退。
在高盐EA基电解液中，丰富的阴离子和添加剂协同形成了致密且薄的SEI。这种富含 LiF ，无机主导的 SEI 有效地钝化了低温循环过程中析出的金属锂，抑制了低温产气行为，实现了低温长循环过程中极为稳定的石墨-电解液界面。
全天候电动汽车的发展能有效支撑交通运输领域的“脱碳”，锂离子电池 (LIBs) 低温下的高能量密度和长寿命则是推动全天候电动汽车实用化的关键。电解液的性质决定着锂离子电池的低温性能。使用高熔点碳酸乙烯酯基电解液的商用锂离子电池低温性能差，当温度低于−20°C，电池已无法正常工作。使用以羧酸酯为代表的低熔点溶剂（LTS）可以极大拓宽LIBs的低温工作范围。然而，使用LTS基电解液的锂离子电池在低温循环过程中会产生大量气体。这些气体对电极造成的附加应力，造成电池循环寿命快速衰减。尽管产气是锂离子电池低温循环快速失效的罪魁祸首之一，但气体产生的机制和相应的抑制策略仍鲜有研究。该研究成果揭示了LTS和析出的Li在低温下连续且剧烈的副反应是电池低温循环产气的主要原因。该工作提出了一种基于EA的高盐电解液体系，通过形成致密均匀的SEI有效地钝化了析出的Li，杜绝了Li与EA的副反应，从而抑制了电池的低温产气行为。基于该电解液策略，所得Ah级LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2（NCM811）/石墨软包电池在−20°C, 0.2 C下实现了超过一年的稳定长循环。
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关键词:【储能】【电解液】