我国研究人员开发高压电解质构建高能量密度锂电池系统

3月31日，记者从中科院青岛生物能源与过程研究所获悉，在吴建飞的带领下，该所先进储能材料与技术研究组近日在高压电解质体系研发与应用方面取得关键进展。相关研究成果近日发表在国际期刊《化学工程杂志》上。

据其介绍，目前，锂离子电池因其优异的电化学性能已被广泛应用于电动汽车，而正极材料是影响锂离子电池性能的关键因素之一。使用高比能量正极材料(如NCM811)和提高电池工作电压(4.2V)是获得更高能量密度的最有效途径。而传统的碳酸盐基电解液无法适应高电压电池体系，同时三元正极材料在高电压下会发生各种副反应，最终导致系统劣化和容量衰减。

记者了解到，该研究团队开发了一种新型高压氟化电解质体系，将NCM811正极材料的工作电压从4.2V提高到4.6V，扩大了三元体系的上限和应用范围，解决了两个重要问题：大幅度提高了高镍三元正极体系的比容量和工作电压，抑制了NCM811正极在高电压下的结构相变、过渡金属离子的溶解和二次粒子的开裂，降低了极化，从而提高了NCM 811正极的性能。构建了稳定的CEI和SEI，实现了高电压下高负载高镍三元电池的可逆稳定循环。

吴建飞介绍，用密度泛函理论(DFT)计算体系解释了高压电池系统性能提升的原因。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薄而均匀的富含B和F的无机电解质界面，减少二次粒子的开裂，从而减少正极与电解质的接触面积，极大地抑制电接触不良、副反应和过渡金属离子的溶解，从而突破高镍三元正极在高电压下容量衰减严重等障碍，为高能量密度锂离子电池的设计和开发提供了新的思路和途径。