欧阳明高/Khalil Amine等AEM: 基于无碳酸乙烯酯电解液的高电压安全实用锂电池

严重的安全问题，通常表现为热失控 (TR)，是由充电状态下腐蚀性富镍正极的耐热性差引发的，尤其是当它遇到高还原性碳酸乙烯酯 (EC) 时，这阻碍了高能锂离子电池（LIB）的大规模实际应用。

为此，清华大学欧阳明高院士、王莉副研究员、冯旭宁以及美国阿贡国家实验室Khalil Amine研究员等人报道了10 Ah容量软包LiNi_0.8Mn_0.1Co_0.1O₂ |石墨 (NMC811|Gr)电池的高安全性，该电池基于完全非质子无环状碳酸酯溶剂的电解液（不含EC）。

EC溶剂的去除极大地有益于带电的NMC811与电解液的稳定性，具体地，通过采用三盐的协同作用，无EC电解液（0.8 M LiFSI-0.1 M LiTFSI-0.6 M LiPF₆/EMC) 可以在高工作电位（高达4.5V）下有效稳定NMC811正极表面，并产生稳定的界面以实现与Gr负极的良好兼容性。

图1. NMC811|Gr电池的电化学行为

因此，这种基于电解液的组合策略产生了优异的电化学性能（200 次循环后容量保持率约为100%），显著增强了其固有热特性（TR触发温度增加了67.0 °C），并延长了模组内的电池间TR传播时间（平均延长一倍）。即使在4.5 V的高工作电位的苛刻条件下，实用的NMC811|Gr软包电池在200次循环后仍能保持其原始容量的 82.1%，比传统的基于EC的电解液的容量保持率高8倍。

这些基本发现打破了基于Gr的LIB的传统电解液设计框架，将依赖界面层的形成转移到锂盐而不是溶剂，并扩展了无EC电解液系统的传统知识，为定制电极材料和开发安全电池的实用技术开辟了新的方向。

图2. 10 Ah NMC811|Gr软包电池的安全特性

High-Voltage and High-Safety Practical Lithium Batteries with Ethylene Carbonate-Free Electrolyte, Advanced Energy Materials 2021. DOI: 10.1002/aenm.202102299

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欧阳明高/Khalil Amine等AEM: 基于无碳酸乙烯酯电解液的高电压安全实用锂电池

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