科技日报记者 王健高 通讯员 刘佳 高雪
3月31日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该研究所先进储能材料与技术研究组在武建飞研究员的带领下，多年来深耕正极材料及高性能电解液领域，近期在高电压电解液体系开发应用方面取得关键性进展，相关研究成果近日发表于国际期刊《化学工程杂志》。论文第一作者为该研究所在读硕士研究生赵晴，通讯作者为该研究所武建飞研究员和宋德朋助理研究员。
据介绍，当前锂离子电池由于其出色的电化学性能，已经广泛应用于电动汽车。正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一，使用高比能正极材料（如NCM811）以及提高电池工作电压（>4.2V），是获得更高能量密度的最有效途径。然而，传统的碳酸酯基电解液无法适配高压电池体系，同时三元正极材料在高电压下发生各种副反应，最终导致体系劣化、容量衰减。
记者了解到，该研究团队开发了一种新型的高压氟化电解液体系，将NCM811正极材料的工作电压从4.2V提高到4.6V，拓展了三元体系的使用上限和应用范围，解决了两个重要问题：极大提高了高镍三元正极体系的比容量和工作电压，抑制NCM811正极在高电压下的结构相变、过渡金属离子溶出以及二次粒子的开裂，降低了极化，从而提高体系的能量密度和循环性能。构建了稳定的CEI和SEI，实现高负载量高镍三元体系电池在高电压下的可逆稳定循环。
高压氟化电解液体系在电极电解液界面的表现、DFT计算以及全电池循环性能。赵晴、高雪供图
武建飞介绍，通过密度泛函理论（DFT）计算系统阐述了该高压电池体系性能提升的原因。氟取代基（-F）具有很强的吸电子作用，降低了溶剂的最高被占据分子轨道（HOMO），从而提高了电解液的氧化电位。通过在正极表面形成了薄而均匀的富B和富F的无机电解质界面，减少了二次粒子的开裂从而缩小正极和电解液之间的接触面积，极大地抑制了电接触不良、副反应以及过渡金属离子溶出，从而突破了高镍三元正极在高电压下容量衰减严重等障碍，为设计开发高能量密度锂离子电池提供了新的思路和途径。
