【研究背景】
隨著便攜式電子設備普及、電動汽車快速發展以及全球碳中和目標的推進，開發大規模、可持續的高能量密度電化學儲能裝置成為關鍵。目前主流的鋰離子電池(LIBs)依賴含鈷的過渡金屬氧化物正極(如 LCO、NCM)，但鈷資源稀缺、成本高且環境不友好，因此無鈷正極材料(如LNMO)因高電壓平臺(4.7 V)、高比能(650 Wh kg-1)和低成本特性成為研究熱點，尤其是與鋰金屬負極結合出色的性能更具吸引力，被視為下一代動力電池的潛在候選材料。然而，循環過程中LNMO正極Mn的溶解、電解質在高壓下分解使界面惡化以及鋰枝晶生長的問題嚴重阻礙了其實際應用。以往的研究主要聚焦于元素摻雜、高濃度電解質以及電解液添加劑工程，盡管取得了不同程度的成功，然而元素摻雜步驟復雜且對鋰金屬缺少改性，高濃度電解質以及電解液添加劑策略盡管對界面和鋰金屬作用顯著，但大都忽略了正極材料本身的調控。因此，開發簡單、可擴展的策略同時解決上述三個問題仍然頗具挑戰。
【工作簡介】
近日，國防科技大學的孫巍巍副研究員、鄭春滿教授、劉雙科副教授、李宇杰教授等人提出了一種將二茂鐵六氟磷酸鹽(FHFP)作為電解液添加劑的策略，實現了Fe3+在電化學循環過程中的動態摻雜并改善正極和負極界面，對LNMO||Li電池實現多方位改善。該研究通過多尺度理論模擬和第一性原理計算分析了FHFP添加劑的分子特性，證明了其解離Fe3+和改性界面的潛力。研究人員借助原子級球差校正投射電鏡(HRTEM)、電子能量損失譜(EELS)、同步輻射X射線吸收譜(XAFS)和原位X射線衍射(in situ XRD)等表征技術，研究人員證實了Fe3+循環過程中在LNMO正極的有效、均勻摻雜，結果表明Fe占據Mn溶出產生的空位，從而穩定晶格，并抑制進一步的Mn溶出行為，從而有效穩定晶格。此外，研究人員還借助三維飛行時間二次離子質譜(3D TOF-SIMS)、X射線光電子能譜(XPS)刻蝕和原位電化學阻抗(in situ EIS)證實了在FHFP添加劑作用下，誘導形成了薄而均勻、富含無機物的正極CEI層以及富含F和P的鋰負極SEI層，從而減少電解液在高電壓下的分解和抑制鋰枝晶生長?；贔HFP添加劑策略的動態摻雜和界面改性協同作用，該研究成功提高了無鈷高電壓正極鋰金屬電池的循環穩定性，在3.5-4.9 V
聲明：
“國防科技大學孫巍巍/鄭春滿/劉雙科/李宇杰Nature Commun.：無鈷高電壓鋰金屬電池” 該技術專利(論文)所有權利歸屬于技術(論文)所有人。僅供學習研究，如用于商業用途，請聯系該技術所有人。
我是此專利(論文)的發明人(作者)
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編輯：中冶有色網
來源：國防科技大學
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2025年06月13日 ~ 15日 
