分会

第三十九分会：先进化学电源

摘要

传统锂离子电池电解液由1M的六氟磷酸锂（LiPF6）溶解于介电常数大的环状碳酸乙烯酯（EC）和链状碳酸酯如碳酸二乙酯（DEC）的混合溶剂中所组成。碳酸酯类溶剂对于锂盐的溶解性好，所组成的电解液电导率高，能够在石墨表面形成稳定的固体电解质界面膜（SEI膜），但此类溶剂体系存在着耐高压性能差（＜4.4V）问题，制约着锂离子电池向高压和高能量密度的发展。通过在电解液中添加可在正极表面形成稳定界面膜的添加剂可有效提升锂离子电池的耐高压性和循环稳定性。 此项工作通过将各种有用的官能团结合到一个分子当中，合理地设计合成了一类新型的环状磷酰胺分子，作为电解液添加剂，实现了高压锂离子电池的稳定循环。研究表明，环磷酰胺添加剂的五元环可以在正极表面进行开环聚合以产生稳固的聚合物界面[1-2]，相比于对称的胺基（−NR1R1），具有不对称胺基（−NR1R2）的环磷酰胺可以更有效地调节界面的厚度和坚固性，从而在正极表面产生薄且坚固的正极电解质界面膜（CEI膜）。另外，不对称环磷酰胺中的P−N键能更有效地清除电解液中有害的HF和H2O(图1a)。得益于上述优点，通过在传统电解液1M LiPF6 EC:DEC (1:1 by vol.) 中加入0.5 vol.%的2-(ethyl(methyl)amino)-1,3,2-dioxaphospholane 2-oxide (EMPA)，石墨||三元NMC正极全电池在4.5 V高电压下循环200圈的容量维持率由36.4%提升到80.5%，并具有超过99.4%的库伦效率(图1b)。具有不对称胺基的环磷酰胺添加剂能够显著抑制电解液的分解、过渡金属离子的溶出以及高压下正极的结构破坏，为推动高压高能量密度锂离子电池的发展提供了一种高效的电解液设计策略。

关键词

锂离子电池;高电压;功能添加剂;正极电解质界面膜;不对称环磷酰胺

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