近日，上海大學材料基因組工程研究院先進能源材料研究所劉楊、郭炳焜團隊在高壓LiCoO2介面層設計與構築方面取得重要進展，研究成果發表於國際著名期刊《Nano Energy》（影響因子：17.881），論文目題為“In-situ Constructing a Rigid and Stable Dual-layer CEI Film Improving High-voltage 4.6 V LiCoO2Performances”。
高電壓LiCoO2材料具有較高的壓實密度和比容量，但高電位下Co & O元素具有強催化性，導致傳統介面膜的反覆分解和重構；同時4.5 V以上的劇烈相變和體積形變引發顆粒開裂和介面膜的機械破壞等問題，導致電池效能迅速衰減。在電極/電解液介面原位構築CEI膜是提高高壓LiCoO2迴圈效能的重要途徑之一，然而目前大部分策略聚焦於構築電化學穩定的CEI膜，很少關注電極顆粒在電化學過程中反覆的體積變化所引起的顆粒開裂和膜的破損等問題。
在本工作中，作者採用多種電解液新增劑，透過其順序的氧化反應在LiCoO2電極表面原位形成新穎的雙層CEI膜，其中內層和外層膜之間透過層間C=O和N-H的氫鍵作用固定其相對位置，從而利用內層提供高電位穩定性，利用外層應對電極顆粒迴圈過程中的體積形變，防止介面層的剝離。（圖1）測試顯示雙層CEI膜楊氏模量高達~ 25.4 GPa，可以有效的改善Co的溶出，同時阻抗較小且穩定。在此雙層CEI膜的保護下，LiCoO2電極在4.5和4.6 Vvs.Li+/Li下的迴圈效能得到明顯提高，300周和200周後的容量保持率達到~ 94.4 %和74.7 %。該工作為高比能鋰離子電池介面穩定CEI膜的原位構築提供了一種新的設計思路。
（a）透過電解液新增劑HDI、FE1和DPA形成雙層CEI膜的示意圖，（b）LiCoO2表面的CEI膜在不同電壓下迴圈的演化示意圖
該論文第一作者為2020級博士生秦銀平，通訊作者為劉楊副研究員、郭炳焜教授和王德宇教授，上海大學為第一通訊單位。該論文獲得國家自然科學基金專案（No.22075172）的支援。
來源：上海大學
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https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107082
