分會

第三十九分會：先進化學電源

摘要

傳統(tǒng)鋰離子電池電解液由1M的六氟磷酸鋰（LiPF6）溶解于介電常數大的環(huán)狀碳酸乙烯酯（EC）和鏈狀碳酸酯如碳酸二乙酯（DEC）的混合溶劑中所組成。碳酸酯類溶劑對于鋰鹽的溶解性好，所組成的電解液電導率高，能夠在石墨表面形成穩(wěn)定的固體電解質界面膜（SEI膜），但此類溶劑體系存在著耐高壓性能差（＜4.4V）問題，制約著鋰離子電池向高壓和高能量密度的發(fā)展。通過在電解液中添加可在正極表面形成穩(wěn)定界面膜的添加劑可有效提升鋰離子電池的耐高壓性和循環(huán)穩(wěn)定性。 此項工作通過將各種有用的官能團結合到一個分子當中，合理地設計合成了一類新型的環(huán)狀磷酰胺分子，作為電解液添加劑，實現了高壓鋰離子電池的穩(wěn)定循環(huán)。研究表明，環(huán)磷酰胺添加劑的五元環(huán)可以在正極表面進行開環(huán)聚合以產生穩(wěn)固的聚合物界面[1-2]，相比于對稱的胺基（?NR1R1），具有不對稱胺基（?NR1R2）的環(huán)磷酰胺可以更有效地調節(jié)界面的厚度和堅固性，從而在正極表面產生薄且堅固的正極電解質界面膜（CEI膜）。另外，不對稱環(huán)磷酰胺中的P?N鍵能更有效地清除電解液中有害的HF和H2O(圖1a)。得益于上述優(yōu)點，通過在傳統(tǒng)電解液1M LiPF6 EC:DEC (1:1 by vol.) 中加入0.5 vol.%的2-(ethyl(methyl)amino)-1,3,2-dioxaphospholane 2-oxide (EMPA)，石墨||三元NMC正極全電池在4.5 V高電壓下循環(huán)200圈的容量維持率由36.4%提升到80.5%，并具有超過99.4%的庫倫效率(圖1b)。具有不對稱胺基的環(huán)磷酰胺添加劑能夠顯著抑制電解液的分解、過渡金屬離子的溶出以及高壓下正極的結構破壞，為推動高壓高能量密度鋰離子電池的發(fā)展提供了一種高效的電解液設計策略。

關鍵詞

鋰離子電池;高電壓;功能添加劑;正極電解質界面膜;不對稱環(huán)磷酰胺

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