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郑在奋斗

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[交流] 新型电解液添加剂提升NMC532材料循环性能已有6人参与

三元材料是目前动力电池常用的正极材料之一，特别是NMC材料由于成本低、容量高的优点，更是成为了动力电池厂家追逐的明星材料。但是NMC材料循环性能较差，特别是高镍含量的NMC材料循环较差，严重影响了三元材料电池的使用寿命，限制了其在汽车上的应用。

相关研究显示，NMC材料循环寿命差主要与过渡金属的溶解有关，特别是Mn元素的溶解会对电池造成严重的影响。Mn元素的溶解不仅会造成正极材料的结构破坏，稳定性降低，溶解的Mn元素在负极沉积， Mn元素会促进电解液的分解，导致SEI膜的增厚，从而使得负极的阻抗上升、库伦效率下降，从而造成电池的循环性能下降。

　　提升NMC材料循环性能的手段主要分为两大类：表面包覆类和元素掺杂类。其中表面包覆又分为材料自身包覆处理(例如AlPO4)和电解液添加剂形成正极表面包覆层两种方法。元素掺杂是通过掺入少量的金属元素，提高NMC材料的结构稳定性，减少过渡元素的溶解。

　　近日，华南师范大学的Haibo Rong等人研发了一种全新的电解液添加剂，仅需要添加0.25%就能够显著的改善NMC532材料在高电压下的循环稳定性。该种添加剂能够同时在正极和负极上形成保护膜，为电极提供保护，从而有效的减少了过渡金属的溶解和电解液的分解，提高了电池的循环性能。

　　Haibo Rong利用石墨/LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2电池，研究了一种全新的电解液添加剂1,10-硫酰二咪唑(SDM)在4.5V电压下的性能。EC、EMC和DEC以质量比3：5：2配制的电解液作为对照组，实验组电解液在上述电解液的基础上添加了一定量的SDM。

循环伏安扫描显示SDM在3.8V就开始分解，而电解液则需要在4.5V才开始分解，从而能够先于电解液发生氧化起到保护电解液的作用。

在还原的过程中SDM在1.3-1.5V就开始分解，在石墨表面形成SEI膜，从而抑制了电解液在0.5V左右的分解。从电池的循环结果上可以看到0.25%的SDM显著的改善了电池的循环性能，50次循环容量保持率可达96.9%，但是当添加量提高到0.5%时，电池的容量保持率仅有87.9%，但是仍然高于对照组电解液的73.1%。

但是由于SDM的分解，会造成电池的首次效率轻微的下降，对照组的首次效率为72.75%，SDM添加量为0.25%和0.5%的实验组的首次效率分别为70.86%和63.35%，但是在循环后期，实验组的库伦效率要明显高于对照组电池。同时SDM的使用减少了NMC532材料在循环过程中的容量损失和电压衰降。

　　交流阻抗显示通过添加SDM，电池的阻抗明显的下降，表明SDM添加剂通过在正负极成膜可以显著减少电解液的分解，降低电池的阻抗。同时SDM也能显著的改善NMC电池的高温存储性能，充电至4.5V，在55℃下进行存储，对照组电池在开始的时候电压均匀下降，但是从第17天开始，电压突然从4.3V下降到0.7V，而添加SDM添加剂的实验组电池则未发生电压突降。

　　SDM通过在正极和负极同时成膜，保护了正极和负极材料，减少了电解液的氧化分解和还原分解，提高了电池的循环性能。SDM在正极成膜能够很好的保护高镍正极材料，减少NMC532材料在高温下过渡金属元素的溶解，从而提高电池的高温存储性能。

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