以鋰離子電池作為動(dòng)力的電動(dòng)車的充電時(shí)間，極大的限制了電動(dòng)車的發(fā)展。因此，寄希望于極速快充（XFC）能夠在10-15分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電0-80% SOC。由于離子傳輸?shù)南拗坪臀鲣嚨娘L(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)目前采用石墨（Gr）基負(fù)極和過渡金屬氧化物正極的鋰離子電池（LIBs）提出了巨大的挑戰(zhàn)。通常認(rèn)為，充電過程涉及正負(fù)極材料或電解質(zhì)中的離子傳輸，和固液界面的電荷傳輸。同時(shí)大量的文獻(xiàn)認(rèn)為，離子在充滿電解質(zhì)的電極孔隙或電極顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散是快速充電過程中的限速步驟，特別是在較高負(fù)載（>3 mAh cm-2）的高比能量鋰離子電池。但難以直接觀測界面結(jié)構(gòu)和離子傳輸機(jī)制，因此很難監(jiān)測跨越電極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移。

基于以上問題，清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，采用紐扣電池三電極體系，利用輸力強(qiáng)1470E/1455輔助分壓，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)EIS及同步正負(fù)極阻抗監(jiān)測，結(jié)果表明，快速的電荷轉(zhuǎn)移速率對(duì)于實(shí)現(xiàn)不同尺寸材料的高比能量非常重要，這使得對(duì)之前傳質(zhì)過程是快充主要速率限制的假設(shè)產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)。

Fig 1 . 紐扣電池中的三電極示意圖

A) 鋰參比電極是通過在銅線尖 端附加一小片鋰箔制成的

B) 紐扣三電極由工作電極，Li參比電極，兩層隔膜，

鋰片做對(duì)電極構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)

Fig 2 動(dòng)態(tài)EIS用于研究電極界面動(dòng)力學(xué)

A)   動(dòng)態(tài)交流阻抗(DEIS)的電壓和電流曲線

B)   由DEIS獲得的典型Nyquist曲線，

石墨負(fù)極對(duì)參比和NCA正極對(duì)參比，

等效電路分別進(jìn)行擬合

Fig3 NAC正極在充電過程中不同SoC下的NCA曲線。

直流電流為0.3C，GEIS電流擾動(dòng)為0.03C

然而，除了以前專注于單電極的研究，圍繞著界面電荷轉(zhuǎn)移是否決定了鋰離子全電池的快速充電能力，如果是限制步驟，那是如何限制的，仍然然存在很大爭議。因此，三電極動(dòng)態(tài)EIS提供了一種有效的思路。

Fig 4  石墨負(fù)極在充電過程中不同SoC下，

動(dòng)態(tài)GEIS測試 DC電流0.25 C ，交流振幅為0.025 C.

結(jié)論

使用動(dòng)態(tài)交流阻抗(DEIS)對(duì)三電極中正負(fù)極電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了量化，不同于傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)EIS, DEIS結(jié)合三電極可以獨(dú)立提取電池中正極或者負(fù)極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，在不同的電解質(zhì)條件下，EC/DMC LiPF6(20.6 Ohm)與 EC/DMC LiTFSI （9.3Ohm）相比，NCA在不同的SoC下Rct減半。通過改進(jìn)的電解質(zhì)，F(xiàn)EC/DMC LiPF6，加速了鋰離子的去溶劑化，在快充條件下表現(xiàn)出更小的極化。

參考文獻(xiàn)

1.  Unlocking Charge Transfer Limitations for Extreme Fast Charging of Li-Ion Batteries,
Angewandte Chemie International Edition 

( IF 16.823 ) Pub Date : 2022-11-16 , DOI: 10.1002/anie.202214828, Yu-Xing Yao, Xiang Chen, Nan Yao, Jin-Hui Gao, Gang Xu, Jun-Fan Ding, Chun-Liang Song, Wen-Long Cai, Chong Yan, Qiang Zhang

以鋰離子電池作為動(dòng)力的電動(dòng)車的充電時(shí)間，極大的限制了電動(dòng)車的發(fā)展。因此，寄希望于極速快充（XFC）能夠在10-15分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)充電0-80% SOC。由于離子傳輸?shù)南拗坪臀鲣嚨娘L(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)目前采用石墨（Gr）基負(fù)極和過渡金屬氧化物正極的鋰離子電池（LIBs）提出了巨大的挑戰(zhàn)。通常認(rèn)為，充電過程涉及正負(fù)極材料或電解質(zhì)中的離子傳輸，和固液界面的電荷傳輸。同時(shí)大量的文獻(xiàn)認(rèn)為，離子在充滿電解質(zhì)的電極孔隙或電極顆粒內(nèi)部的擴(kuò)散是快速充電過程中的限速步驟，特別是在較高負(fù)載（>3 mAh cm-2）的高比能量鋰離子電池。但難以直接觀測界面結(jié)構(gòu)和離子傳輸機(jī)制，因此很難監(jiān)測跨越電極-電解質(zhì)界面的電荷轉(zhuǎn)移。

基于以上問題，清華大學(xué)張強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)，采用紐扣電池三電極體系，利用輸力強(qiáng)1470E/1455輔助分壓，進(jìn)行了動(dòng)態(tài)EIS及同步正負(fù)極阻抗監(jiān)測，結(jié)果表明，快速的電荷轉(zhuǎn)移速率對(duì)于實(shí)現(xiàn)不同尺寸材料的高比能量非常重要，這使得對(duì)之前傳質(zhì)過程是快充主要速率限制的假設(shè)產(chǎn)生了新的認(rèn)識(shí)。

Fig 1 . 紐扣電池中的三電極示意圖

A) 鋰參比電極是通過在銅線尖 端附加一小片鋰箔制成的

B) 紐扣三電極由工作電極，Li參比電極，兩層隔膜，

鋰片做對(duì)電極構(gòu)成三明治結(jié)構(gòu)

 Fig 2 動(dòng)態(tài)EIS用于研究電極界面動(dòng)力學(xué)

A)   動(dòng)態(tài)交流阻抗(DEIS)的電壓和電流曲線

B)   由DEIS獲得的典型Nyquist曲線，

石墨負(fù)極對(duì)參比和NCA正極對(duì)參比，

等效電路分別進(jìn)行擬合

Fig3 NAC正極在充電過程中不同SoC下的NCA曲線。

直流電流為0.3C，GEIS電流擾動(dòng)為0.03C

然而，除了以前專注于單電極的研究，圍繞著界面電荷轉(zhuǎn)移是否決定了鋰離子全電池的快速充電能力，如果是限制步驟，那是如何限制的，仍然然存在很大爭議。因此，三電極動(dòng)態(tài)EIS提供了一種有效的思路。

Fig 4  石墨負(fù)極在充電過程中不同SoC下，

動(dòng)態(tài)GEIS測試 DC電流0.25 C ，交流振幅為0.025 C.

結(jié)論

使用動(dòng)態(tài)交流阻抗(DEIS)對(duì)三電極中正負(fù)極電荷轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了量化，不同于傳統(tǒng)穩(wěn)態(tài)EIS, DEIS結(jié)合三電極可以獨(dú)立提取電池中正極或者負(fù)極的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。此外，在不同的電解質(zhì)條件下，EC/DMC LiPF6(20.6 Ohm)與 EC/DMC LiTFSI （9.3Ohm）相比，NCA在不同的SoC下Rct減半。通過改進(jìn)的電解質(zhì)，F(xiàn)EC/DMC LiPF6，加速了鋰離子的去溶劑化，在快充條件下表現(xiàn)出更小的極化。

參考文獻(xiàn)

1.  Unlocking Charge Transfer Limitations for Extreme Fast Charging of Li-Ion Batteries,
Angewandte Chemie International Edition 

( IF 16.823 ) Pub Date : 2022-11-16 , DOI: 10.1002/anie.202214828, Yu-Xing Yao, Xiang Chen, Nan Yao, Jin-Hui Gao, Gang Xu, Jun-Fan Ding, Chun-Liang Song, Wen-Long Cai, Chong Yan, Qiang Zhang