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学者提出提升锂电池正极钴酸锂界面稳定性新策略
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学者提出提升锂电池正极钴酸锂界面稳定性新策略 近日，北京大学深圳研究生院新材料学院教授潘锋团队的最新研究成果发表于《国家科学评论》。 钴酸锂正极目前仍是消费电子领域锂离子电池的主流正极材料。然而，随着工作电压升高，钴酸锂层状正极材料将面临结构不可逆相转变、严重界面副反应、表面过渡金属溶解以及晶格氧参与电化学过程等问题，导致正极-电解液界面阻抗增加和电极容量迅速衰减。 针对这一挑战，此前，潘锋团队通过表面包覆物结构调控与氟化电解质设计等策略，在高电压钴酸锂表面精准构筑了功能化正极-电解液界面层，显著提升了钴酸锂表界面结构稳定性与体相相变可逆性。 然而，在高温度环境下，上述正极与电解液之间的界面副反应会进一步加剧，并伴随大量氟化氢的产生，对正极-电解液界面膜与正极材料造成严重侵蚀，最终导致正极-电解液界面膜破裂与界面失稳。 因此，亟需开发一种能够兼容现有工艺的界面调控策略，以原位构筑稳定且致密的钝化层，从而在高电压与高温条件下有效抑制电解液的持续分解及正极结构的不可逆退化。 为此，研究团队基于材料基因组学方法，围绕关键功能基元及其排序与相互作用等三大要素，成功预测出可以在高电压条件下提升锂电池正极钴酸锂界面稳定性的电解液体系。 该策略通过在商业化碳酸酯基电解液中引入磷酸三乙酯和1,3-丙磺酸内酯，调控钴酸锂正极界面原位构筑了三层功能化结构的正极-电解液界面膜：最内层为磷酸锂，可有效抑制晶格氧活性并提高离子电导率；中间层为氟化锂，作为框架层阻断电子传输；最外层为亚硫酸锂，赋予膜优异的热稳定性和粘附性。三者协同作用，形成在高温高电压条件下仍致密稳固的界面钝化层。 该正极-电解液界面设计策略具备良好的通用性与扩展性，有望广泛应用于其它锂电池层状氧化物正极材料。 相关论文信息： https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf345 |
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