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郭炳焜/劉楊/王德宇Nano Energy:雙層CEI膜實現LiCoO2高壓4.6V循環

郭炳焜/劉楊/王德宇Nano Energy:雙層CEI膜實現LiCoO2高壓4.6V循環
作為數碼設備中最重要的正極,LiCoO2可以通過提升工作電壓來提取更多的比容量。但是由于在高壓下不穩定的電極/電解質界面(CEI),循環性能會迅速衰退。
上海大學郭炳焜、劉楊、江漢大學王德宇等通過多種添加劑的連續氧化構建了一種具有高電化學穩定性和機械強度的新型原位雙層CEI薄膜。
郭炳焜/劉楊/王德宇Nano Energy:雙層CEI膜實現LiCoO2高壓4.6V循環
圖1 雙層CEI膜的形成過程及在循環中的演變
這里通過向電解液中添加六亞甲基二硫氰酸酯(HDI)、1,1,2,2-四氟乙基-2,2,3,3-四氟丙基醚(FE1)和聚合二苯胺(DPA)的多種添加劑來原位構建雙層CEI膜。FE1可以在3.5 V vs. Li+/Li之前分解形成帶電物質,并且該物質可通過親核加成與HDI反應生成酰胺化合物,酰胺化合物可以通過協調C=O基團與過渡金屬的相互作用形成界面鈍化層,從而提高電解液在5.0 V vs. Li+/Li以上的氧化電位。此外,通過DPA的原位電化學聚合可構建具有芳基聚合物的剛性外層。
郭炳焜/劉楊/王德宇Nano Energy:雙層CEI膜實現LiCoO2高壓4.6V循環
圖2 闡明添加劑對CEI薄膜的影響
研究顯示,雙層CEI膜中與正極接觸的內層顯示出高氧化電位~ 4.75 V vs. Li+/Li,接觸電解液的外層顯示出超高楊氏模量~ 25.4 GPa,這種雙層CEI薄膜不僅可以抑制電解液的分解和過渡金屬的溶解,還可以減輕薄膜撕裂和顆粒破裂。
因此,雙層CEI薄膜在高電壓循環下表現出優異的穩定性,在這種雙層CEI薄膜的保護下,Li/LiCoO2電池在 4.6 V vs. Li+/Li下循環200次的容量保持率從約59%提高到了75%。這項工作為構建用于高能量密度鋰離子電池的穩定CEI薄膜提供了一種新設計。
郭炳焜/劉楊/王德宇Nano Energy:雙層CEI膜實現LiCoO2高壓4.6V循環
圖3 Li/LiCoO2電池的高壓性能
In-situ Constructing a Rigid and Stable Dual-layer CEI Film Improving High-voltage 4.6 V LiCoO2 Performances. Nano Energy 2022. DOI: 10.1016/j.nanoen.2022.107082

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