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如何构筑稳定的电极-电解液界面(SEI/CEI),成为破解高压难题的关键。
进入2025年,电池行业的新一轮材料升级正在发生。无论是新能源汽车对轻量化和超快充的诉求,还是消费电子对轻薄与长续航的追求,都在推动高镍正极、硅碳负极等高性能材料加速应用。高镍/超高镍正极、硅碳负极乃至锂金属负极等高性能材料加速应用。
在这一背景下,高压正极(4.5 V–4.7 V)因能够提升能量密度和快充平台电压,成为行业探索的重要方向。但其背后电解液易发生氧化分解产气、过渡金属离子溶解等一系列问题,也成为制约电池寿命和安全性的瓶颈。
近日,深圳新宙邦科技股份有限公司(以下简称“新宙邦”)联合南方科技大学,在国际期刊《Small》上发表了一项关于电解液添加剂的新研究成果——CBS,该成果为高压电池体系的稳定性提供了新的思路。
双结构融合破解高电压难题
对于LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂(NCM613)等高镍正极材料而言,在4.4 V甚至更高电压下运行,可显著提升电池能量密度,但也极易引发晶格氧流失、过渡金属溶解、电解液持续氧化等连锁问题。
溶解的金属离子迁移至负极后,会催化锂沉积和电解液分解,从而破坏负极SEI膜,最终导致“电池容量跳水”(battery rollover),造成容量断崖衰减。
因此,如何构筑稳定的电极-电解液界面(SEI/CEI),成为破解高压难题的关键。
针对这一核心需求,研究团队巧妙融合碳酸酯与硫酸酯的结构优势,设计出一种多环结构的hybrid分子CBS(Carbonate Bis(Sulfate)),其独特优势体现在两大维度:
优先成膜,抢占界面反应先机:
密度泛函理论(DFT)计算表明,相较于传统电解液组分(如碳酸乙烯酯EC、1,3-丙烷磺内酯PS),CBS具有更低的LUMO能级(-0.6eV)。这一特性使其在电池首次充电过程,能够优先于EC在负极表面发生还原反应,形成致密富硫无机SEI膜;同时参与正极表面CEI膜的构建,显著抑制界面副反应。
双界面保护,阻断衰减链式反应:
在正极侧,CBS能有效抑制高电压下晶格氧的析出与过渡金属离子的溶解,避免正极材料结构劣化;在负极侧,其形成的稳定SEI膜可防止电解液溶剂分子嵌入石墨层间,避免负极结构剥离,从源头上避免金属离子穿梭效应和电解液耗竭。
图1:a) 电池中CBS作用机理示意图;b) EC、PS与CBS 的分子轨道能级;
c) 采用不同电解液的石墨 配资股票门户网
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