【仪表网 研发快讯】高性能锂离子电池正极材料是实现下一代长续航、长寿命电动汽车的关键。然而，当前锂离子电池的能量密度和循环寿命呈倒置关系，其中电极材料与电解液的界面副反应则是主要诱因之一。表面包覆是减缓电解液与正极之间副反应的最有效途径之一。然而，传统包覆工艺通常只关注包覆层本身的作用，较少考虑其与电解液的相互作用及后续的原位转化产物对电池性能改善的机理。
近日，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部研究人员与北京大学、阿贡实验室合作，在超高镍单晶锂电正极材料的表面改性研究方面取得了新进展，开发出了一种将富质子预包覆层原位转化为富含亚纳米级无机物的高效保护膜的全新策略。富质子预包覆层分解过程中产生的局部高浓度质子在原位构建保护膜时起到了关键作用。该研究成果以“In Situ Conversion of Artificial Proton-Rich Shell to Inorganic Maskant Toward Stable Single-Crystal Ni-Rich Cathode”为题，发表于材料领域顶级期刊《Advanced Materials》。
研究人员通过较低温度条件下原位CVD反应，在超高镍单晶LiNi0.92Co0.06Mn0.02O2表面构建了一层NH4HCO3壳层。在充电过程中，壳层原位转化为高效保护膜。首次充电时，NH4HCO3壳层电化学分解产生的局部高浓度质子，快速诱导少量电解质LiPF6分解，从而在正极材料表面原位形成富含亚纳米级LiF和Li3PO4的保护膜。该保护膜有效抑制了活性材料与电解液在长时间循环过程中的持续反应及正极材料界面结构的退化，从而显著提高了电池的使用寿命。例如，含该保护膜的正极与常规正极的全电池经过800次循环后，容量保持率分别为83%和66%。研究为电极/电解液的界面稳定化提供了新思路，也有望为下一代高性能长寿命锂离子电池的开发提供重要理论支撑。
金属所沈阳材料科学国家研究中心材料结构与缺陷研究部谭兴华副研究员为该研究的主要完成人和共同通讯作者，金属所、北京大学和阿贡实验室为共同通讯单位。
图1. 表面富质子包覆层原位转化为富无机保护膜的示意图
图2. 富质子预包覆层的构筑
图3. 富质子包覆层原位转化机理研究
图4. 锂离子电池性能表征与测试
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