【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】鈷酸鋰(LiCoO2，LCO)正極目前仍是消費(fèi)電子領(lǐng)域鋰離子電池的主流正極材料。然而，隨著工作電壓升高(>4.5V)，鈷酸鋰層狀正極材料將面臨結(jié)構(gòu)不可逆相轉(zhuǎn)變、嚴(yán)重界面副反應(yīng)、表面過(guò)渡金屬溶解以及晶格氧參與電化學(xué)過(guò)程等問(wèn)題，導(dǎo)致正極-電解液界面(CEI)阻抗增加和電極容量迅速衰減。針對(duì)這一挑戰(zhàn)，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授課題組在前期研究中通過(guò)表面包覆物結(jié)構(gòu)調(diào)控與氟化電解質(zhì)設(shè)計(jì)等策略，在高電壓鈷酸鋰表面精準(zhǔn)構(gòu)筑了功能化CEI層，顯著提升了鈷酸鋰表界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與體相相變可逆性(Adv. Energy Mater., 2024, 14, 2402223；Adv. Mater., 2024, 36, 2408875；Energy Environ. Sci., 2024, 17, 7944；Adv. Funct. Mater., 2025, 2504165)。
 

　　然而，在高溫度環(huán)境下，上述正極與電解液之間的界面副反應(yīng)會(huì)進(jìn)一步加劇，并伴隨大量氟化氫的產(chǎn)生，對(duì)CEI膜與正極材料造成嚴(yán)重侵蝕，最終導(dǎo)致CEI膜破裂與界面失穩(wěn)。因此，亟需開(kāi)發(fā)一種能夠兼容現(xiàn)有工藝的界面調(diào)控策略，以原位構(gòu)筑穩(wěn)定且致密的鈍化層，從而在高電壓與高溫條件下有效抑制電解液的持續(xù)分解及正極結(jié)構(gòu)的不可逆退化。
 

　　近期，潘鋒團(tuán)隊(duì)基于材料基因組學(xué)方法(圍繞關(guān)鍵功能基元及其排序與相互作用等三大要素)，成功預(yù)測(cè)出可以在高電壓條件下提升鋰電池正極鈷酸鋰界面穩(wěn)定性的電解液體系。該策略通過(guò)在商業(yè)化碳酸酯基電解液中引入磷酸三乙酯(TEP)和1，3-丙磺酸內(nèi)酯(PS)，調(diào)控鈷酸鋰正極界面原位構(gòu)筑了三層功能化結(jié)構(gòu)的CEI膜：最內(nèi)層為L(zhǎng)i3PO4，可有效抑制晶格氧活性并提高離子電導(dǎo)率；中間層為L(zhǎng)iF，作為框架層阻斷電子傳輸；最外層為L(zhǎng)i2SO3，賦予膜優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和粘附性。三者協(xié)同作用，形成在高溫高電壓條件下仍致密穩(wěn)固的界面鈍化層。該CEI膜設(shè)計(jì)策略具備良好的通用性與擴(kuò)展性，有望廣泛應(yīng)用于其它鋰電池層狀氧化物正極材料。相關(guān)研究成果以“Engineering durable interphases for high-voltage Li-ion batteries under thermal stress”為題，發(fā)表于《國(guó)家科學(xué)評(píng)論》(National Science Review，2025，nwaf345)上。
 

調(diào)控不同電解液在25℃和45℃下的作用機(jī)制圖
 

　　該工作在潘鋒、北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院楊盧奕副研究員以及清華大學(xué)鄭國(guó)瑞博士的共同指導(dǎo)下完成。北京大學(xué)深圳研究生院博士畢業(yè)生陳詩(shī)名(現(xiàn)為香港大學(xué)化學(xué)系博士后)和博士生趙文光為論文共同第一作者。研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池與材料國(guó)際聯(lián)合研究中心、廣東省新能源材料設(shè)計(jì)與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及深圳市新能源材料基因組制備和檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。