厦门大学 叶李艺老师/郑建明老师《ACS AEM》:电解液添加剂PMA稳定高电压LCO/电解液界面
- 培训职业
- 2025-05-05 17:04:50
关键词
苯基顺酐、电解液添加剂、高电压LiCoO2、CEI膜、锂离子电池
【研究背景】
钴酸锂（LiCoO2，LCO）以其高能量密度、优异的性能广泛应用于锂离子电池正极材料中。然而，随着充电截止电压的提高，LCO材料结构劣化和表界面不稳定问题日益突出，严重影响了电池的循环性能和寿命。设计有效的电解液添加剂构建稳定的CEI膜，对于实现高能量密度LCO电池的商业化应用至关重要。
【成果简介】
厦门大学叶李艺老师与郑建明老师合作，研究了一种酸酐类电解液添加剂——苯基顺酐（PMA），用于构建高电压LCO表面稳定的CEI膜。PMA具有独特的分子结构，可促进电解液溶剂反应再聚合，形成柔韧的界面膜。实验结果显示，PMA的引入显著提升了高电压下LCO循环稳定性，含PMA的电解液电池的容量保持率从基准组的55.3%提升至78.6%，软包全电池在4.6V截止电压下循环500圈后容量保持率高达80%以上。成果以“Constructing a Stabilized Cathode Electrolyte Interphase for High-Voltage LiCoO2 Batteries via the Phenylmaleic Anhydride Additive”为题发表在ACS Applied Energy Materials上。
【实验结果】
1. PMA添加剂的引入助力构筑了薄而均匀、具有较快锂离子扩散速率的CEI膜。含PMA的电池在300圈循环后容量保持率从基准的55.3%提升至78.6%。
2. 在石墨||LCO软包全电池中，循环500圈后容量保持率高达80%以上。
3. 含0.5% PMA的电池循环性能显著提升，中值电压差从545 mV减小至277 mV，Li+电导率增加，循环稳定性增强。
4. 含0.5% PMA的电池在高倍率循环时，容量保持率仍达到73.5%，循环性能明显改善。
5. SEM和TEM结果显示，含PMA的电池在LCO表面形成了致密均匀的CEI膜，有效抑制了LCO和电解液界面副反应。
6. XPS表征表明，优化电解液中的LCO电极表面C元素增多，O/P/F元素减少，CEI膜成分稳定。
7. 在LCO颗粒内部，含PMA的电池未观察到明显的裂纹，表明PMA有效保护了LCO表面并缓解了颗粒破碎。
8. 组装石墨||LCO全电池证明，含PMA的电池循环性能有明显提升，软包电池容量保持率高达82.8%。
9. DFT计算揭示了PMA分解反应路径，其形成的聚合物作为CEI膜的一部分，有效抑制了Co离子溶出。
【结论】
通过设计有效的电解液添加剂PMA，研究团队成功构建了高电压LCO表面稳定的CEI膜，显著提升了LCO电池的循环稳定性。这些结果证实了PMA在高能量密度锂离子电池中具有良好的应用前景。
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