Ethylene‐Carbonate‐Free Electrolytes for Rechargeable Li‐Ion Pouch Cells at Sub‐Freezing Temperatures

电解质 材料科学 碳酸乙烯酯 阳极 化学工程 相间 离子 电极 化学 有机化学 遗传学 生物 工程类 物理化学
作者
Yuxing Yao,Nan Yao,Xirui Zhou,Zeheng Li,Xinyang Yue,Chong Yan,Qiang Zhang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:34 (45) 被引量:86
标识
DOI:10.1002/adma.202206448
摘要

Sub-freezing temperature presents a significant challenge to the survival of current Li-ion batteries (LIBs) as it leads to low capacity retention and poor cell rechargeability. The electrolyte in commercial LIBs relies too heavily on ethylene carbonate (EC) to produce a stable solid electrolyte interphase (SEI) on graphite (Gr) anodes, but its high melting point (36.4 °C) severely restricts ion transport below 0 °C, causing energy loss and Li plating. Here, a class of EC-free electrolytes that exhibits remarkable low-temperature performance without compromising cell lifespan is reported. It is found that at sub-zero temperatures, EC forms highly resistive SEI that seriously impedes electrode kinetics, whereas EC-free electrolytes create a highly stable, low-impedance SEI through anion decomposition, which boosts capacity retention and eliminates Li plating during charging. Pouch-type LiCoO2 (LCO)|Gr cells with EC-free electrolytes sustain 900 cycles at 25 °C with 1 C charge/discharge, and LiNi0.85 Co0.10 Al0.05 O2 (NCA)|Gr cells last 300 cycles at -15 °C with 0.3 C charge, both among the best-performing in the literature under comparable conditions. Even at -50 °C, the NCA|Gr cell with EC-free electrolytes still delivers 76% of its room-temperature capacity, outperforming EC-based electrolytes.
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