岭南大学AFM：锂离子电池LiPF6基电解液中铝集流体的钝化失效

具有高压正极的下一代锂离子电池正在被开发，以最大限度地提高其能量和功率密度。然而，由于长期循环中活性材料和电解质的退化，高压正极的商业化进程被推迟。最近的研究在这些问题上取得了重大进展；然而，尽管Al集流体的腐蚀及其对电池性能的影响很重要，但尚未对其进行详细研究。

韩国岭南大学Taeho Yoon等研究了LiPF₆基电解液中Al表面钝化膜的化学结构、形成机制和退化机制。

图1 钝化层的化学成分和化学结构示意图

阳极极化后，通过Al的阳极溶解和电解液分解产生的Al³⁺和F^–离子的结合反应，在Al表面会产生纳米晶粒，此外F^–离子会将原生Al₂O₃层氟化，它们的穿透深度约为24 nm，Al表面上的纳米颗粒和氟化/天然氧化物层充当钝化层。

计时电流法和XPS深度剖面实验证实，钝化膜即使在高电压下也是稳定的，然而，在循环过程中由于活性材料表面上电解液氧化分解产生的F^–离子浓度增加，钝化膜的氟化在活性材料存在的情况下会持续进行，并且高温下扩散和反应动力学会增强。因此，循环后观察到天然氧化膜氟化产生裂纹，Al阳极溶解形成凹坑，最终加速了Al腐蚀。

图2 循环时钝化层演变的示意图

为防止离子扩散，作者将氧化石墨烯（GO）层涂在Al表面作为扩散屏障。当GO包覆的Al电极用作集流体时，LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）电极的循环性能得到改善。这项工作已经证明，要使LNMO和富镍层状氧化物等高压电极材料商业化，必须抑制Al集流体的腐蚀，这可以通过在Al箔上涂覆扩散屏障来实现。

图3 扩散屏障的腐蚀抑制

Passivation Failure of Al Current Collector in LiPF6-Based Electrolytes for Lithium-Ion Batteries. Advanced Functional Materials 2022. DOI: 10.1002/adfm.202200026

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岭南大学AFM：锂离子电池LiPF6基电解液中铝集流体的钝化失效

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