李伟善&许康AEM：设计低阻抗的正极和负极界面膜提高动力电池低温性能

【引言】

随着电动汽车的推广应用，高能量动力锂离子电池的发展非常迅速，但依然面临诸多问题。其中，锂离子电池低温性能还不能满足电动汽车在寒冷地区的应用要求。此前，研究人员进行过广泛的研究，致力于提高锂离子动力电池的低温性能，提出了不少解决方案，包括加热系统辅助、电池结构优化、材料导电性改善（如电极材料导电剂、低熔点溶剂）等措施。这些方案，或者过于复杂或者效果不理想难于推广使用。

【成果简介】

近日，华南师范大学李伟善教授和美国陆军实验室许康研究员（共同通讯作者）等人分析了锂离子电池低温性能差的原由，发现电解液分解产物在正、负极表面的堆积产生高界面阻抗是主因，尤其是负极。据此，他们提出了可以优先于电解液在正极氧化及在负极还原的锂盐电解液添加剂（二氟双草酸磷酸锂）构建低阻抗的界面膜。应用该添加剂，石墨/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂软包电池在0°C下0.5C循环200圈，容量保持率从57%提高到94%；-30°C下0.2C放电容量保持率（相对于室温）从14%提高到49%。该研究成果以“Designing Low Impedance Interface Films Simultaneously on Anode and Cathode for High Energy Batteries”为题，发表在Adv. Energy Mater.上。

【图文导读】

图1. 正极的电化学性能

A)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂电极常温下的循环性能

B)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂电极常温下的阻抗

C)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂电极常温和0°C下阻抗拟合结果

D)LiNi₅Co_0.2Mn_0.3O₂电极0°C下的阻抗

图2. 负极的电化学性能

A)石墨电极常温下的循环性能

B)石墨电极常温下的阻抗

C)石墨电极常温和0°C下阻抗拟合结果

D)石墨电极0°C下的阻抗

图3. 石墨/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂电池的低温性能

A，B）不同温度下的放电性能

C）0°C下的循环性能

D）-20°C下的循环性能

图4. 温度对石墨/LiNi_0.5Co_0.2Mn_0.3O₂电池阻抗的影响

A，B）不同温度下的电池的交流阻抗谱

C）电池电极的界面变化及其等效电路

D）温度对电池内阻的影响

【小结】

这项工作首次报道了应用锂盐电解液添加剂，构建正、负极低阻抗界面膜，提高动力电池低温性能的方法，为解决电动汽车在寒冷区难于应用的问题提供了新的解决方案。

文献链接：Designing Low Impedance Interface Films Simultaneously on Anode and Cathode for High Energy Batteries (Adv. Energy. Mater, 2018:1800802（DOI: 10.1002/aenm.201800802）)