电解液调控策略抑制锂离子电池富锂层状正极材料表界面亲核攻击

发布日期:2024-01-02     浏览次数:次   

近日,我院乔羽教授课题组在稳定富锂正极材料表界面的研究中取得重要进展。相关成果以“Manipulated Fluoro-Ether derived Nucleophilic Decomposition Products for Mitigating Polarization-Induced Capacity Loss in Li-Rich Layered Cathode”为题发表在Angewandte Chemie International EditionDoi: 10.1002/anie.202316790)。

源于材料中额外阴离子氧化还原的激发,富锂(Li-rich)层状氧化物(LRLO)具有高能量密度和高工作电压等特性。然而,在实际应用中,LRLO面临许多挑战,包括电压极化、结构坍塌等问题,尤其是由活性氧相关物种引起的严重电解液分解。此外,电解液和LRLO界面之间的相容性经常被忽略,特别是在存在具有高度亲核攻击性的活性氧时,会加剧电解液分解,改变表面膜结构,从而影响界面稳定性。因此,需要重新考虑与富锂正极相关的电解液设计方案。

在这项工作中,研究团队深入研究了富锂阴极中一个独特的科学问题,即亲核攻击对表界面的有害影响。这与锂氧电池遇到的挑战相似。利用锂氧电池体系中的认知,研究团队引入氟醚来优化电解液,并彻底剖析其作用机制。富锂界面存在的亲核性活性氧会攻击氟醚分子,分解产生的交联产物起到缝合线的作用,有效地确保了均匀、完整表面膜基底的建立。从而构建了一个有序CEI(正极-电解液钝化保护层),有效地屏蔽电解液,保护阴极结构,降低极化,提高整体循环性能。 该工作中表界面的优化、循环性能的提升、系统性表征和分析都证明了消除/利用亲核物种的重要性,特别是在与阴离子氧化还原化学相关的高比能电池系统中。


氟醚分子(HFE)利用活性氧亲核攻击构筑CEI的示意图


该工作在我院乔羽教授的指导下完成,2021级博士生张宝丹为第一作者。该论文得到了国家自然科学基金(2217911122021001)、中国科学技术部(2021YFA1201900)、嘉庚创新实验室基础研究项目(RD2021070401)等,以及固体表面物理化学国家重点实验室的支持。


论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202316790


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