Anion‐Dominated Conventional‐Concentrations Electrolyte to Improve Low‐Temperature Performance of Lithium‐Ion Batteries

材料科学 电解质 锂(药物) 离子 无机化学 物理化学 电极 有机化学 化学 医学 内分泌学
作者
Nan Chen,Mai Feng,Chengjie Li,Yanxin Shang,Yue Ma,Jinxiang Zhang,Yifan Li,Guoshuai Chen,Feng Wu,Renjie Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (33) 被引量:53
标识
DOI:10.1002/adfm.202400337
摘要

Abstract Low temperatures (< −20 °C) significantly diminish lithium‐ion battery performance due to freezing issues within commercial electrolytes and the high energy barrier for Li + desolvation at the interface. Although high‐concentration electrolytes and localized high‐concentration electrolytes enhance Li + desolvation kinetics featuring anion‐participated solvation structures, their high viscosity and propensity for Li salt precipitation render them unsuitable for low‐temperature environments. This study introduces an anion‐dominated conventional‐concentrations electrolyte (ACCE) created by incorporating Lithium difluorophosphate(LiPO 2 F 2 )into a 1 M Lithium bis((trifluoromethyl)sulfonyl)azanide(LiTFSI) Dimethyl carbonate(DMC)/Fluoroethylene carbonate(FEC)/Methyl acetate(MA) electrolyte solution. LiPO 2 F 2 , characterized by its poor solubility and strong binding with Li + , demonstrates a pronounced tendency to integrate into the primary solvation sheath of Li + . Moreover, the synergy between LiTFSI and LiPO 2 F 2 establishes a dual anion configuration, unveiling a dual anion‐driven mechanism. This mechanism significantly diminishes the interaction between Li + and solvent molecules, resulting in reduced desolvation energy under low temperatures. The ACCE exhibits high ionic conductivity of 1.3 mS cm −1 at −50 °C, enabling stable cycling of Li/NCM811 cells at −50 °C, and further allows 0.75 Ah graphite(Gr)/LiNi 0.8 Co 0.1 Mn 0.1 O 2 (NCM811) batteries dischargeable at −40 °C. This study presents a practical application potential for poorly soluble lithium salts and provides a new avenue for designing electrolytes suitable for low‐temperature applications.
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