据国外媒体报道，美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室(Brookhaven National Laboratory)的化学家领导的一组研究人员表明，通过在普通商业电解质中使用适量的二氟磷酸锂(LiPO2F2)，可以实现4.8 V的超高终止电压的富镍层状阴极材料。相关论文发表在《自然能源》杂志上。
图片来源:布鲁克海文国家实验室
这些发现可以提供一种补救措施来解决富镍阴极材料的退化问题，特别是在高电压条件下。这项研究属于DOE发起的Battery500联盟，由DOE的太平洋西北国家实验室(PNNL)牵头，致力于显著提高电动汽车锂电池的能量密度。
石溪大学博士生、研究论文的共同第一作者Sha Tan与布鲁克海文实验室的电化学储能团队合作，研究如何使用添加剂二氟磷酸锂来提高电池的低温性能。出于好奇，她尝试使用添加剂进行常温高压循环。
结果发现，如果将电压提高到4.8 V，这种添加剂确实可以保护阴极，使电池达到优异的循环性能。
当与锂金属阳极配对时，富镍层状阴极材料有望为下一代电池提供高能量密度。但是这些材料容易发生容量损失。主要问题之一是在高电压充放电循环过程中的颗粒破碎。由于存储在电池中的总能量随着有用工作电压的增加而增加，因此高压工作非常重要。
另一个问题是过渡金属从阴极溶解，然后沉积在阳极上。主持这项研究的小溪养殖者胡恩源说，这种现象在电池行业被称为“串音”。在高压充电过程中，阴极晶格中的少量过渡金属溶解，然后穿过电解液，沉积在阳极侧。当这种情况发生时，阴极和阳极都会退化。导致电池容量保持能力差。
研究人员发现，在电解液中加入少量添加剂可以抑制串扰。随着添加剂的分解，会产生磷酸锂(Li3PO4)和氟化锂(LiF)，从而形成高保护性的阴极-电解质界面，即循环过程中在电池阴极上形成的固体薄层。
恩源胡说:“通过在阴极上形成非常稳定的界面，保护层显著抑制了阴极表面过渡金属的流失。过渡金属损失的减少有助于减少这些过渡金属在阳极上的沉积。从这个意义上说，阳极在某种程度上也受到了保护。我们认为抑制过渡金属的溶解是显著提高循环性能的关键因素之一。”
研究人员发现，电解质添加剂能够使富含镍的层状阴极在高电压下循环，以提高能量密度，并在200次循环后仍保持其初始容量的97%。
最近的研究表明，基于单晶的阴极在抑制颗粒裂纹的形成方面可能比多晶阴极更好。然而，这项研究表明，多晶材料的开裂问题也可以通过使用添加剂工程得到有效解决。
展望未来，研究人员希望在更具挑战性的条件下测试添加剂，以探索阴极材料是否能承受实际电池的更多循环。
1据国外媒体报道，由美国能源部(DOE)布鲁克海文国家实验室的化学家领导的一组研究人员表明，通过在普通商业电解质中使用适量的二氟磷酸锂(LiPO2F2)，可以实现4.8 V的超高终止电压的富镍层状阴极材料。相关论文发表在《自然能源》杂志上。
图片来源:布鲁克海文国家实验室
这些发现可以提供一种补救措施来解决富镍阴极材料的退化问题，特别是在高电压条件下。这项研究属于电池500联盟……由DOE支持，由DOE的太平洋西北国家实验室(PNNL)领导，致力于显著提高电动汽车锂电池的能量密度。
石溪大学博士生、研究论文的共同第一作者Sha Tan与布鲁克海文实验室的电化学储能团队合作，研究如何使用添加剂二氟磷酸锂来提高电池的低温性能。出于好奇，她尝试使用添加剂进行常温高压循环。
结果发现，如果将电压提高到4.8 V，这种添加剂确实可以保护阴极，使电池达到优异的循环性能。
当与锂金属阳极配对时，富镍层状阴极材料有望为下一代电池提供高能量密度。但是这些材料容易发生容量损失。主要问题之一是在高电压充放电循环过程中的颗粒破碎。由于存储在电池中的总能量随着有用工作电压的增加而增加，因此高压工作非常重要。
另一个问题是过渡金属从阴极溶解，然后沉积在阳极上。主持这项研究的小溪养殖者胡恩源说，这种现象在电池行业被称为“串音”。在高压充电过程中，阴极晶格中的少量过渡金属溶解，然后穿过电解液，沉积在阳极侧。当这种情况发生时，阴极和阳极都会退化。导致电池容量保持能力差。
研究人员发现，在电解液中加入少量添加剂可以抑制串扰。随着添加剂的分解，会产生磷酸锂(Li3PO4)和氟化锂(LiF)，从而形成高保护性的阴极-电解质界面，即循环过程中在电池阴极上形成的固体薄层。
恩源胡说:“通过在阴极上形成非常稳定的界面，保护层显著抑制了阴极表面过渡金属的流失。过渡金属损失的减少有助于减少这些过渡金属在阳极上的沉积。从这个意义上说，阳极在某种程度上也受到了保护。我们认为抑制过渡金属的溶解是显著提高循环性能的关键因素之一。”
研究人员发现，电解质添加剂能够使富含镍的层状阴极在高电压下循环，以提高能量密度，并在200次循环后仍保持其初始容量的97%。
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展望未来，研究人员希望在更具挑战性的条件下测试添加剂，以探索阴极材料是否能承受实际电池的更多循环。
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