爱达荷国家实验室EnSM：锂离子电池极快充电的电解液设计、表征和测试方法

实现快速充电的能力已成为先进电池在众多应用中的实际问题。实现这一目标的核心是电解液，其在电化学电池中控制着离子传输、极化、倍率性能、温度性能和电池寿命的诸多方面。

在此，美国爱达荷国家实验室Kevin L. Gering等人基于10分钟极速充电 (XFC) 的目标讨论了锂离子电池候选电解液的选择、测试和验证。作者通过建模和实验测量的结合开发了一种及时和协同的方法来确定候选电解液配方。

作者发现多溶剂系统提供了一组平衡的特性，其中较低分子量的溶剂可降低粘度、增加物质扩散率，并在高充电速率下减轻浓差极化。精心选择的电解液配方显示出基准EC-EMC (3:7, wt.)+LiPF₆电解液的2~3倍的峰值电导率和可用电导率范围。

图1. 高级电解液模型 (AEM) 的建模和参数预测

此外，作者还依据电池环境中的稳定性和寿命来选择候选电解液，实验测试与高级电解液模型 (AEM) 和宏观电池模型的特性预测一致。

作者基于具有带石墨电极的NMC532或NMC811正极的扣式和软包电池进行了测试，结果表明，低分子量溶剂的组合是快速充电电解液的关键，因为它们将有用的电导率范围扩展到低盐浓度和高盐浓度，并且与传统溶剂相比具有更高的自扩散性，减少了浓差极化的影响。因此，电解液传输行为对电池XFC性能起主要影响，锂去溶剂化在速率限制方面起次要作用。

图2. 实验测试的软包电池的电化学性能

Methodologies for Design, Characterization and Testing of Electrolytes that Enable Extreme Fast Charging of Lithium-ion Cells, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.011

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爱达荷国家实验室EnSM：锂离子电池极快充电的电解液设计、表征和测试方法

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