克日，，威廉希尔质料基因组工程研究院先进能源质料研究所刘杨、郭炳焜团队联合江汉大学王德宇教授团队在国际着名期刊《Energy Storage Materials》（影响因子：20.831）揭晓题为“A tough Janus-faced CEI film for high voltage layered oxide cathodesbeyond 4.6 V”的研究论文。。该事情接纳丁二腈和环己基苯作为共添加剂，，在正极外貌原位修建了一层强韧的耐高压的CEI膜。。
层状氧化物质料具有较高的电压平台和理论比容量，，是高能量密度锂离子电池的主要正极质料。。为了获得更高的现实比容量，，这些质料需要充电至高电压以脱出更多的锂离子。。然而，，阻止电压的提高会加剧正极颗粒的相变和内应力增添，，引起颗粒微裂纹的爆发。。微裂纹的扩大和增殖直接增添了与电解液接触的外貌积，，导致界面副反应的加剧，，同时，，界面的副反应又会进一步导致不可逆相的形成和增殖，，进而加剧颗粒的开裂，，致使正极质料在高电压下的容量迅速衰减。。因此，，在正极外貌修建一层强韧的界面膜（CEI）是延伸高压下锂离子电池循环寿命的须要战略。。然而，，现在大部分的研究只关注CEI膜的电化学稳固性，，而忽略了机械强度。。
图1：正极质料在Base electrolyte和SN+CHB electrolyte中CEI膜的形成和长循环颗粒转变的示意图。。
在本事情中，，作者设计了一种新颖的功效化CEI膜兼具高电压稳固性和机械强度。。浚Ｋ剂康诫婀倌芡啪哂心透哐购颓颗湮荒芰Γ，且丁二腈含有腈官能团比例较高，，故接纳丁二腈（SN）做添加剂，，在正极外貌形成一层吸附层。。鉴于芳香化合物具有较好的刚性，，且能在高电压下聚合成膜，，通过范德华力和氢键来稳固SN吸附层，，因此，，接纳环己基苯（CHB）和SN作共添加剂加入碳酸酯电解液中，，在充电历程中，，在正极外貌形成既稳固又强韧的CEI膜（如图1所示）。。
作者通过电化学测试和差别电压下的FTIR测试，，证实晰SN在正极外貌形成吸附层后CHB在高电压下聚合形成聚合物层，，该聚合物层与SN层通过氢键作用细密连系，，形完婚氧化物电极的强韧耐高压CEI膜。。作者进一步接纳XPS和TOF-SIMS及其刻蚀的测试，，获得了CEI膜的主要组分和厚度，，以及3D组分漫衍图（如图2a-f）；；通过AFM的测试，，该双面CEI膜的杨氏模量高达~ 30GPa。。通过XRD、TEM测试，，批注该CEI膜可以抑制体积转变和正极外貌的不可逆相变。。为了评估该面CEI膜对电池电化学性能的影响，，组装Li/LiCoO2和Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池，，划分设置充电阻止电压4.6 V和4.7 Vvs.Li+/Li，，循环500和600周后，，剩余容量仍有77.4和72.3 %（如图2g&h）。。长循环后的正极SEM和XRD表征显示，，此CEI膜；；さ腖iCoO2颗粒浚？严宰棚蕴姨逑嘟峁刮裙；；锂金属外貌测试发明，，SN单独添加时负极外貌可检测到SN，，而SN和CHB配合使用时负极外貌无相关检出，，证实此CEI膜的形成有利于SN吸附层的稳固。。
图2：(a-f)TOF-SIMS测试LiCoO2电极在SN+CHB electrolyte中形成CEI膜后的二次离子漫衍图，，(g)Li/LiCoO2电池在3.0-4.6 Vvs.Li+/Li下的循环性能图，，(h)Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在2.8-4.7 Vvs.Li+/Li下的循环性能图。。
本事情通过修建功效化界面CEI膜来同时应对界面侵蚀问题和体积膨胀问题，，亦可为其他电化学领域的防护设计提供借鉴。。
该研究效果于2023年3月份揭晓于《Energy Storage Materials》上，，论文第一作者为威廉希尔质料基因组工程研究院2020级博士生秦银平，，曾获得研究生国家奖学金，，校长奖学金和宝钢优异学生奖，，配合通讯作者为王德宇教授、刘杨副研究员和郭炳焜教授。。
本文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.02.022
