首页 > 应用 《ACS AMI》：一种新型添加剂改善高温高压下锂电池性能！ 军工资源网 2022年02月09日 锂离子电池在应用过程中，必须考虑在更广泛的条件下保持稳定，包括温度和电压。阿贡国家实验室的学者分享了一种新型添加剂，它能够保护正极免受高温和高电压的影响，少量使用该添加剂，即可使正极材料在复杂电解液体系中保持稳定。相关成果以“Enabling High-Temperature and High-Voltage Lithium-Ion Battery Performance through a Novel Cathode Surface-Targeted Additive”发表在ACS Applied Materials & Interfaces上。原文链接：https://doi.org/10.1021/acsami.1c18493锂离子电池是一种广泛使用的电化学存储方法，可用于从手机到车辆再到电网存储的各种技术，因此它们需要承受这种应用所经历的各种条件，同时在对更高能量密度的要求下保持稳定的性能。然而，实现所需能量密度需要的更高电压和应用过程中引起的温度升高是锂离子电池面临的问题，电池的容量和寿命都会明显降低。多余的能量会增加整个体系的反应速率，包括正极表面的氧化反应，从而导致电解质分解；这些反应也会降低电极的稳定性，锂的脱出会导致岩盐结构和容量降低；最后会导致过渡金属溶解，从正极中脱出金属离子，并导致负极表面固态电解质厚度增加。 所有这些影响都发生在电极表面，这使得研究者优先关注电极-电解质界面的稳定性。研究者非常关注非原位功能化，即活性材料在组装电池之前涂上一薄层惰性材料，但在工业规模上使用涂层方法对于电极所需的纳米结构材料来说太厚，而原子层沉积（ALD）等替代方法成本太高，无法广泛应用。另一种选择是使用电解液添加剂，从理论上讲，电解液添加剂能够原位保护正极表面。磷基添加剂，如三（六氟异丙基）磷酸盐（HFiP）已经取得了效果，提高了材料容量保持率，并降低了在高于4.5V下循环的正极的阻抗增长。最有希望的添加剂类别是硼酸盐，特别是基于草酸盐阴离子的，如双（草酸）硼酸锂（LiBOB）和二氟（草酸）硼酸锂（LiD-FOB）。 在本文中，作者提出了一种有针对性的正极添加剂来解决高温高压下材料容量和寿命衰减的问题，其使用一种已知能够与正极中的过渡金属有强烈相互作用的物质，从而能够用少量添加剂选择性地修饰其表面，这一策略可在未来应用于开发更多用于稳定正极材料的添加剂。作者报道的一种基于异羟肟酸LiBnHA的新型电解质添加剂。异羟肟酸盐的强配位性质使添加剂能够定向到正极表面，从而改善锂离子电池在高温和高压下的性能，随着VC标准添加剂的加入，库仑效率、容量保持率都有所提高。分析表明，LiBnHA在电化学过程之前通过早期化学反应改变正极表面的反应过程，作者认为这是电解液设计中的一个有价值的组成部分，因为其性质允许其功能与其他添加剂结合，共同发挥作用。（文：李澍）图1苯并羟肟酸锂（LiBnHA）的化学结构图2使用LiBnHA作为螯合添加剂的正极表面保护机制图3随着LiBnHA的增加，LCO/石墨全电池首周循环的dQ/dV曲线图4电解质中LiBnHA含量增加的首周放电容量和锂化过电位图5LiBnHA对材料循环性能和不同温度下平均充放电电压差的影响图6含LiBnHA电解质电池在不同温度下循环后的电化学阻抗谱（EIS）图7含不同含量添加剂的电解液在4.4V下循环时电池的比容量和库仑效率图8比容量和库仑效率以及含有不同添加剂的电解液在4.4V下循环时电池的平均充放电电压差图9100次循环后LCO电极的C1s、F1s、P2p和N1s XPS光谱
