黄云辉/韩建涛/方淳Nano Energy：重新解读锂离子电池中富镍层状氧化物正极的循环稳定性与充电截止电压之间的相关性

传统观点认为，提高充电截止电压会降低镍钴锰酸锂（NCM811）的循环寿命，这是因为电极-电解质界面反应加剧，而界面反应与界面化学性质密切相关。

在此，华中科技大学黄云辉、韩建涛、方淳团队发现当NCM811在TLE电解液（三元氟化锂盐电解液）中循环时，出现了不同的趋势。具体来说，充电截止电压越高，循环稳定性越好。在4.5V/4.7V下循环1000次，而在4.3V下循环500次（容量保持率>80%）。

因此，作者重新研究了循环稳定性与充电截止电压之间的相关性，发现NCM811的循环稳定性与界面化学性质的关系更为密切。在TLE电解液中4.5/4.7 V充电时，由于锂盐的前线分子轨道能级较高，正极-电解液-界面(CEI)和负极-电解液-界面(AEI)中的无机成分含量远高于4.3 V时的含量，从而具有更强的抗氧化性和更高的机械强度来抑制颗粒裂纹。更重要的是，富含无机物的界面可以防止正负极之间的交叉反应。

图1. 镍钴锰锂电池在不同截止电压

总之，该工作重新审视了NCM811电池的充电截止电压与可充电性之间的相关性，以理解界面化学与电池性能之间的关系。结果发现，使用TLE电解液的NCM811电池在4.5 V以上的高电压下比4.3 V下表现出更好的循环稳定性，这归因于在4.5 V以上的高电压下，TLE形成了高稳定的富含LiF的CEI和AEI。这一发现与传统观点相反，传统观点认为提高充电截止电压会降低NCM811的循环寿命。相反，这表明循环稳定性与界面化学性质密切相关，而阴极上富含无机物的界面相具有更强的抗氧化性和更高的机械强度，可抑制颗粒裂纹。

更重要的是，负极上的富无机界面可以防止正负极间的交叉反应。即使在4.8V的超高电压下充电，该电池在400次循环后仍能保持80.1%的高容量保持率。该研究强调了界面膜中无机组分对提高高电压稳定性的重要意义，为高电压下高性能富镍层状氧化物正极的商业化应用提供了有价值的电解液配方。

图2. 不同电解液下NCM811/Li电池在4.8V截止电压下的电池性能

Reinterpreting the correlation between cycling stability of Ni-rich layered oxide cathode and the charging cut-off voltage in Li-ion batteries, Nano Energy 2023 DOI:10.1016/j.nanoen.2023.108699

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