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High-voltage and high-safety lithium-ion batteries enabled by nonflammable electrolyte with enhanced Li+ desolvation behavior
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提升高容量硅‑石墨负极与高压正极性能,对提高锂离子电池的比能量至关重要。但硅‑石墨电极巨大的体积膨胀、高压条件下电解液分解等问题会破坏电池电化学稳定性;此外电解液‑电极界面缓慢的锂离子交换过程会严重阻碍电化学反应动力学。本文设计了一种富阴离子电解液,兼具优异抗氧化能力与快速锂离子去溶剂化特性,能够构筑高效的电极‑电解液界面膜,提升电池电化学性能。优化后的电解液体系下,硅‑石墨电极在 0.1 C 倍率下可实现 1838.9 mAh g⁻¹ 的比容量,并具备优异的长循环稳定性;富锂层状氧化物正极在 1 C 下循环 600 圈后容量保持率仍可达 72.3%。该电解液不可燃,软包电池针刺测试安全性得到显著提升。该方案大幅改善高比能量电池的循环稳定性;基于电池全部组件(正极、负极、隔膜、电解液)计算,石墨 || 富锂层状氧化物软包电池比能量可达 278 Wh kg⁻¹,硅‑石墨 || 富镍层状氧化物软包电池可达 355 Wh kg⁻¹。本高压电解液的设计思路,为高比能量锂离子电池构筑适配的溶剂化结构提供了可行的技术路径。
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