近日，我院乔羽教授课题组在稳定富锂正极材料表界面的研究中取得重要进展。相关成果以“Gradient Interphase Engineering Enabled by Anionic Redox for High-Voltage and Long-Life Li-Ion Batteries”为题发表在Journal of the American Chemical Society上（DOI: 10.1021/jacs.3c11440）。
高效利用富锂阴极中的阴离子氧化还原反应（ARR）是实现下一代高能量密度可充电电池的关键方案。然而，由于ARR的固有复杂性(例如，亲核攻击)，富锂阴极上阴极-电解液界面（CEI）的稳定性比典型的高压阴极面临更多挑战。具有亲核攻击的ARR会造成电解液的过度分解，进而破坏CEI。然而，目前对这一问题的重视程度不足，大部分研究工作中依旧沿用传统的高压电解液，而缺乏对影响因素、作用机制的清晰认识，使得针对阴离子氧化还原体系电解液的设计充满了盲目性。
课题组通过在富锂阴极体系引入经典全氟高压电解液（FEC/FEMC）进行探究，明确了以下三点：（1）高压电化学氧化与活性氧亲核攻击都会加剧电解液分解，氟代分子在两者威胁下存在分解的矛盾；（2）活性氧更容易与氟代分子结合分解产生柔性含氟有机产物均匀沉积在富锂表面；（3）均匀含氟有机层为梯度双氟有序CEI的生成打好了基底，CEI外层LiF，内层含氟有机物。高压电解液有效利用了不可逆ARR构筑了梯度双氟CEI稳定了富锂界面，从而实现了优异循环性能（半电池800圈大于70%容量保持率，全电池220圈容量保持率98.8%）。因此，优先消除和利用富锂中的亲核物种至关重要，能够为具有阴离子氧化还原相关体系电解液优化提供有价值的参考。
经典高压电解液在富锂中作用机制示意图
该工作在我院乔羽教授的指导下完成，2021级博士生张宝丹为第一作者。该论文得到了国家自然科学基金（22179111、22021001），国家重点研发计划（2021YFA1201900），嘉庚创新实验室基础研究项目（RD2021070401），固体表面物理化学国家重点实验室等支持。
论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/jacs.3c11440
