上海大学材料基因组工程研究院刘杨、郭炳焜团队在《Nano Energy》发表高压LiCoO2界面研究最新成果

近日,材料基因组工程研究院先进能源材料研究所刘杨、郭炳焜团队在高压LiCoO2界面层设计与构筑方面取得重要进展,研究成果发表于国际著名期刊《Nano Energy》(影响因子:17.881),论文目题为“In-situ Constructing a Rigid and Stable Dual-layer CEI Film Improving High-voltage 4.6 V LiCoO2Performances”。

高电压LiCoO2材料具有较高的压实密度和比容量,但高电位下Co & O元素具有强催化性,导致传统界面膜的反复分解和重构;同时4.5 V以上的剧烈相变和体积形变引发颗粒开裂和界面膜的机械破坏等问题,导致电池性能迅速衰减。在电极/电解液界面原位构筑CEI膜是提高高压LiCoO2循环性能的重要途径之一,然而目前大部分策略聚焦于构筑电化学稳定的CEI膜,很少关注电极颗粒在电化学过程中反复的体积变化所引起的颗粒开裂和膜的破损等问题。

 

上海大学材料基因组工程研究院刘杨、郭炳焜团队在《Nano Energy》发表高压LiCoO2界面研究最新成果

(a)通过电解液添加剂HDI、FE1和DPA形成双层CEI膜的示意图,(b)LiCoO2表面的CEI膜在不同电压下循环的演化示意图

 

在本工作中,作者采用多种电解液添加剂,通过其顺序的氧化反应在LiCoO2电极表面原位形成新颖的双层CEI膜,其中内层和外层膜之间通过层间C=O和N-H的氢键作用固定其相对位置,从而利用内层提供高电位稳定性,利用外层应对电极颗粒循环过程中的体积形变,防止界面层的剥离。(图1)测试显示双层CEI膜杨氏模量高达~ 25.4 GPa,可以有效的改善Co的溶出,同时阻抗较小且稳定。在此双层CEI膜的保护下,LiCoO2电极在4.5和4.6 Vvs.Li+/Li下的循环性能得到明显提高,300周和200周后的容量保持率达到~ 94.4 %和74.7 %。该工作为高比能锂离子电池界面稳定CEI膜的原位构筑提供了一种新的设计思路。

该论文第一作者为2020级博士生秦银平,通讯作者为刘杨副研究员、郭炳焜教授和王德宇教授,上海大学为第一通讯单位。该论文获得国家自然科学基金项目(No.22075172)的支持。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107082

 

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原文链接:https://news.shu.edu.cn/info/1013/63848.htm

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