考虑电解质敏感性的锂离子电池界面退化机理与物理寿命建模研究

《Nature Communications》：Electrolyte-dependent physico-chemical interfacial kinetics shape degradation pathways and lifetime in lithium-ion batteries

　　

摘要

电解质依赖的寿命变化仍然是锂离子电池可持续应用的主要障碍，导致电池过早报废、材料需求增加以及生命周期评估的不确定性。然而，大多数连续退化模型仅通过体积传输来描述电解质的作用，而忽略了其在界面退化中的作用。在本研究中，我们使用了具有不同碳酸乙烯酯与碳酸二甲酯比例、六氟磷酸锂浓度以及电解质量的多层聚合物电池，来探讨电解质条件如何影响电池在加速退化过程中的退化轨迹。在这一配方框架下，改变溶剂比例会导致其他条件相似的电池出现不同的寿命变化趋势。电化学诊断、气体分析以及退化后的界面表征显示，这种差异与电解质敏感的界面层生长、副反应以及空间异质性的表面退化有关。我们将电解质依赖的传输特性和热力学性质纳入基于物理原理的退化模型中。仅考虑传输过程的模型无法再现观察到的容量保持轨迹的分离现象；通过引入一个表示电解质敏感性的有效界面传输参数，改进了模型在富含碳酸乙烯酯的情况下的预测结果。这些结果表明，电解质敏感的界面退化是进行可靠寿命预测所必需的建模因素。