中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員武建飛團隊，多年來深耕正極材料及高性能電解液領域（ACS Appl. Mater. Interfaces 2020, 12, 49666；ACS Appl. Mater. Interfaces 2022, 14, 12264），近期在高電壓電解液體系開發應用方面取得關鍵性進展，相關研究成果發表于《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal）。

　　研究團隊開發了一種新型的高壓氟化電解液體系，將NCM811正極材料的工作電壓從4.2V提高到4.6V，拓展了三元體系的使用上限和應用范圍，解決了兩個重要問題：提高了高鎳三元正極體系的比容量和工作電壓，抑制NCM811正極在高電壓下的結構相變、過渡金屬離子溶出以及二次粒子的開裂，降低了極化，從而提高體系的能量密度和循環性能；構建了穩定的CEI和SEI，實現高負載量高鎳三元體系電池在高電壓下的可逆穩定循環。其中Li||NCM811半電池在4.6V工作電壓下可以展現出247.2 mAh g^-1的高比容量，81.4%的循環容量保持率（0.5C 200圈）和154.5 mAh g^-1的高倍率比容量（5C）。同時，石墨|| NCM811全電池在4.6 V循環100圈后仍然保留185.7 mAh g^-1的高比容量。　　

　　通過密度泛函理論（DFT）計算系統闡述了該高壓電池體系性能提升的原因。氟取代基（-F）具有很強的吸電子作用，降低了溶劑的最高被占據分子軌道（HOMO），從而提高了電解液的氧化電位。在該體系中，正極表面的氟代溶劑（-F）如 TFA 和 FEC 具有較低的HOMO能級，從而獲得較高的氧化電位，有助于形成均勻的CEI膜。在負極表面，LiDFOB、FEC 和 TFA 的LUMO較低，通過協同作用在負極側還原形成均勻的SEI膜，進一步穩定電池性能。通過SEM、XPS等系列表征，進一步證實，通過在正極表面形成了薄而均勻的富B和富F的無機電解質界面，減少了二次粒子的開裂從而縮小正極和電解液之間的接觸面積，極大地抑制了電接觸不良、副反應以及過渡金屬離子溶出，從而突破了高鎳三元正極在高電壓下容量衰減嚴重等障礙，為設計開發高能量密度鋰離子電池提供了新的思路和途徑。

　　論文鏈接

高壓氟化電解液體系在電極電解液界面的表現、DFT計算以及全電池循環性能