Bifunctional Interphase Promotes Li+ De‐Solvation and Transportation Enabling Fast‐Charging Graphite Anode at Low Temperature

材料科学 电解质 石墨 碳酸丙烯酯 阳极 锂(药物) 碳酸乙烯酯 化学工程 溶剂化 二甲氧基乙烷 电导率 相间 无机化学 电极 溶剂 有机化学 复合材料 物理化学 化学 生物 遗传学 医学 工程类 内分泌学
作者
Yingshan Huang,Chaonan Wang,Haifeng Lv,Yuansen Xie,Shaoyun Zhou,Yadong Ye,En Zhou,Tianyuan Zhu,Huanyu Xie,Wei Jiang,Xiaojun Wu,Xianghua Kong,Hongchang Jin,Hengxing Ji
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:36 (13): e2308675-e2308675 被引量:64
标识
DOI:10.1002/adma.202308675
摘要

Abstract The most successful lithium‐ion batteries (LIBs) based on ethylene carbonate electrolytes and graphite anodes still suffer from severe energy and power loss at temperatures below −20 °C, which is because of high viscosity or even solidification of electrolytes, sluggish de‐solvation of Li + at the electrode surface, and slow Li + transportation in solid electrolyte interphase (SEI). Here, a coherent lithium phosphide (Li 3 P) coating firmly bonding to the graphite surface to effectively address these challenges is engineered. The dense, continuous, and robust Li 3 P interphase with high ionic conductivity enhances Li + transportation across the SEI. Plus, it promotes Li + de‐solvation through an electron transfer mechanism, which simultaneously accelerates the charge transport kinetics and stands against the co‐intercalation of low‐melting‐point solvent molecules, such as propylene carbonate (PC), 1,3‐dioxolane, and 1,2‐dimethoxyethane. Consequently, an unprecedented combination of high‐capacity retention and fast‐charging ability for LIBs at low temperatures is achieved. In full‐cells encompassing the Li 3 P‐coated graphite anode and PC electrolytes, an impressive 70% of their room‐temperature capacity is attained at −20 °C with a 4 C charging rate and a 65% capacity retention is achieved at −40 °C with a 0.05 C charging rate. This research pioneers a transformative trajectory in fortifying LIB performance in cryogenic environments.
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