【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】長(zhǎng)期以來，鈷酸鋰(LiCoO2，LCO)一直是消費(fèi)電子領(lǐng)域不可或缺的正極材料。通過提升鈷酸鋰電池的充電截止電壓能夠提升其放電比容量，在4.5-4.6 V(vs Li/Li+)的工作電壓下，其放電比容量能夠達(dá)到190—230 mAhg-1，能夠極大拓寬其實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景。然而，高工作電壓下鈷酸鋰表面存在高氧化活性的Co4+/On-(0
圖1. FEC-DFEC基電解液體系穩(wěn)定高壓鈷酸鋰的機(jī)制
近日，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授團(tuán)隊(duì)在高電壓鈷酸鋰電池的電解液設(shè)計(jì)從而構(gòu)建穩(wěn)定的界面相及其機(jī)理研究中取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)提出一種基于氟代碳酸乙烯酯(FEC)以及雙氟代碳酸乙烯酯(DFEC)溶劑體系(FEC-DFEC)的抗氧化性電解液設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)4.6V高截止電壓下鈷酸鋰材料的穩(wěn)定循環(huán)。在該電解液體系中，具有抗氧化以及弱溶劑化特性的FEC/DFEC溶劑分子，有效抑制了界面處有機(jī)溶劑的氧化分解，顯著降低了鋰離子(脫)溶劑化能壘，并促進(jìn)了鈷酸鋰/電解液界面處PF6-陰離子的富集。更重要的是，PF6-陰離子在界面處的反應(yīng)路徑得以調(diào)控，H+/H2O的減少顯著抑制了PF6-水解生成HF等腐蝕性物質(zhì)，而FEC/DFEC的分解產(chǎn)物與PF6-反應(yīng)過程進(jìn)一步誘導(dǎo)了LiF/LixPOyFz/Li3PO4無機(jī)物和含P-O有機(jī)物的生成，從而在鈷酸鋰表面原位構(gòu)建了穩(wěn)定且堅(jiān)固的CEI結(jié)構(gòu)(圖1)。在改善的電解液溶劑體系以及CEI結(jié)構(gòu)的綜合影響下，鈷酸鋰材料在4.6V下表現(xiàn)出優(yōu)異的倍率性能及循環(huán)穩(wěn)定性，并實(shí)現(xiàn)了軟包電池中優(yōu)異的循環(huán)性能，展現(xiàn)出良好的實(shí)際應(yīng)用潛力。相關(guān)研究成果以“Stabilizing LiCoO2 at 4.6V by regulating anti-oxidative solvents”為題發(fā)表于國際頂級(jí)新材料、新能源與綠色環(huán)境領(lǐng)域期刊《能源與環(huán)境科學(xué)》(Energy & Environmental Science，DOI:10.1039/d4ee02049a，影響因子32.4)上。
圖2. FEC-DFEC基電解液的鈷酸鋰界面相穩(wěn)定的機(jī)理和軟包全電池電化學(xué)性能
該工作在潘鋒和趙慶賀副研究員的共同指導(dǎo)下完成，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院博士生任恒宇、博士后鄭國瑞為文章的共同第一作者，潘鋒、趙慶賀、鄭國瑞和清華大學(xué)深圳國際研究生院柳明為共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、廣東省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目和廣東省自然科學(xué)基金的支持。
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