戴胜团队AFM：离子交换法助力NCM811稳定界面的构建

优化电解质成分和表面涂层可稳定NCM811正极性能，以产生坚固的CEI。然而，当超过电解质稳定性窗口的热力学极限（>4.2V），电池的电化学性能增强取决于CEI的形成，该CEI仅允许离子传输，同时限制电子泄露。在不同的CEI组分中，亚纳米层LiF是高度有效的，因为它是电绝缘的，并且足够薄以允许离子传导。然而，在这种高反应性界面上创建LiF的亚纳米层以保护本体结构是具有挑战性的。

在此，橡树岭国家实验室的Bishnu P. Thapaliya和戴胜等人首次证明通过原位离子交换复分解工艺可在NMC811电极表面形成稳定LiF层。这种原位离子交换复分解方法优于其他常规氟化方法，通过可控参数（例如，试剂溶液的浓度和接触时间）可调节LiF表面层厚度，从而在含锂离子的电解质中的电极上形成LiF界面层。电池循环之前，在电极上形成的LiF层通过减少不需要的界面反应来最小化界面化学的复杂性，同时稳定了循环期间的CEI。

图1. CsF-NMC811的结构表征

具体而言，该工作开发了一种新的表面再造方法，通过原位离子交换复分解过程在NMC811上形成LiF界面层。通过XPS和HR-TEM-EELS分析验证了NMC811表面LiF层的形成，并通过CV和恒电流充放电循环阐明了其对CEI稳定性和电化学性能的影响。稳定的LiF层降低了极化并增强了首圈库仑效率。

这导致了循环稳定性的增强，其中NMC811在0.3 C倍率（最多100次循环）下提供了≈194 mAh g⁻¹的放电容量，具有≈97%的容量保持率和≈99.9%的平均库仑效率，在1 C倍率下提供了约80%的容量保持性，具有约99.6%的平均库仑率（最多200次循环）。因此，该种表面再造方法可以成功地应用于开发高能量密度锂离子电池的各种电极。

图2. CsF-NMC811的电化学性能

In Situ Ion-Exchange Metathesis Induced Conformal LiF Surface Films on Cathode (NMC811) as a Cathode Electrolyte Interphase, Advanced Functional Materials 2023 DOI: 10.1002/adfm.202302443

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戴胜团队AFM：离子交换法助力NCM811稳定界面的构建

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