蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，由美國能源部（DOE）布魯克海文國家實驗室（Brookhaven National Laboratory）的化學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的一組研究人員表明，在常見的商業(yè)電解液中使用適量的二氟磷酸鋰（LiPO2F2），可以實現(xiàn)具有超高終止電壓4.8?V的富鎳層狀陰極材料。相關(guān)論文發(fā)表于期刊《Nature Energy》。

圖片來源：布魯克海文國家實驗室

這些發(fā)現(xiàn)可為解決富鎳陰極材料的降解問題提供一種補救措施，尤其是在高電壓條件下。該研究隸屬于由DOE贊助的Battery500聯(lián)盟，而該聯(lián)盟由DOE的太平洋西北國家實驗室（PNNL）領(lǐng)導(dǎo)，致力于顯著提高電動汽車鋰電池的能量密度。

石溪大學(xué)（Stony Brook University）博士生以及研究論文的共同第一作者Sha Tan與布魯克海文實驗室的電化學(xué)儲能小組一起進行研究，最初是研究如何使用添加劑二氟磷酸鋰來提高電池的低溫性能。出于好奇，她嘗試使用該添加劑在室溫下進行高壓循環(huán)。

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，如果將電壓提高到4.8 V，這種添加劑確實可以很好地保護陰極，并且使電池實現(xiàn)出色的循環(huán)性能。

當(dāng)與鋰金屬陽極配對時，富鎳層狀陰極材料有望為下一代電池提供高能量密度。 但這些材料容易出現(xiàn)容量損失。主要問題之一是高壓充放電循環(huán)期間的顆粒破裂。由于存儲在電池中的總能量隨著有用操作電壓的增加而增加，因此高壓操作很重要。

另一個問題是過渡金屬從陰極溶解并隨后沉積在陽極上。領(lǐng)導(dǎo)這項研究的布魯克海文化學(xué)家Enyuan Hu稱，這種現(xiàn)象在電池界被稱為“串?dāng)_（crosstalk）”。在高壓充電過程中，陰極晶格中的少量過渡金屬溶解，然后穿過電解液，沉積在陽極側(cè)。當(dāng)這種情況發(fā)生時，陰極和陽極都會退化。結(jié)果就是電池容量保持能力差。

研究人員發(fā)現(xiàn)，在電解液中加入少量添加劑可以抑制串?dāng)_。隨著添加劑的分解，它會產(chǎn)生磷酸鋰（Li3PO4）和氟化鋰（LiF），從而形成具有高度保護性的陰極-電解液界面，即在循環(huán)過程中在電池陰極上形成的固體薄層。

Enyuan Hu表示：“通過在陰極上形成非常穩(wěn)定的界面，該保護層顯著抑制了陰極表面的過渡金屬損失。減少的過渡金屬損失有助于減少這些過渡金屬在陽極上的沉積。從這個意義上說，陽極也受到了一定程度的保護。我們認(rèn)為，抑制過渡金屬溶解是顯著改善循環(huán)性能的關(guān)鍵因素之一?！?/p>

研究人員發(fā)現(xiàn)，電解液添加劑使富含鎳的層狀陰極能夠在高電壓下循環(huán)，以提高能量密度，并在200次循環(huán)后仍保持其初始容量的97%。

最近的研究表明，基于單晶的陰極在抑制顆粒裂紋形成方面可能優(yōu)于多晶陰極。 然而，這項研究表明，使用添加劑工程也可以有效地解決多晶材料的開裂問題。

展望未來，研究人員希望在更具挑戰(zhàn)性的條件下測試該添加劑，以探索陰極材料是否可以承受更多循環(huán)以供實際電池使用。

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