厦大董全峰/郑明森Small：β-胡萝卜素捕获活性氧实现长寿命富锂正极

具有高能量密度的富锂层状氧化物（LR）是很有前途的正极材料，其关键问题是在高电压下晶格氧的释放以及造成的电解液分解、晶体结构的不可逆相变、容量退化和电压衰减。因此，捕获活性氧并通过清除效应进一步构建正极-电解液界面（CEI）保护层是解决这些问题的基本步骤。

在此，厦门大学董全峰教授、郑明森教授等人选择β-胡萝卜素（C₄₀H₅₆）作为清除分子并将其添加到电解液中，以捕获第一次高压充电产生的活性氧物种，然后通过原位清除作用构建多功能CEI。具体而言，β-胡萝卜素具有淬灭单线态氧和清除氧自由基的作用，其抗氧化特性能够有效清除LR首次充电时产生的活性氧，抑制碳酸盐电解液在高压下的分解。

此外，β-胡萝卜素添加剂可在≈4.5 V被氧化，形成一种特殊且稳定的双层CEI，外层有机成分较多，内层无机成分占主导地位，有效保持表面和晶体结构的稳定性。

图1. 基于不同电解液的LR正极的性能对比

因此，受益于上述优势，含β-胡萝卜素电解液的LR正极在1 C时200次循环后的容量保持率达到93.4%，而在对照电解液系统中仅为为62.5%。此外，正极电压衰减也得到抑制，电压保持率也可以达到90%。

更重要的是，DSC结果表明，含β-胡萝卜素的电解液表现出优异的热力学稳定性，保证了LR基电池的安全性能。这项研究为开发不含杂原子的新型电解液添加剂提供了思路，实现了LR正极的长寿命循环和高热稳定性，促进了高能量密度锂离子电池的实际应用。

图2. 不同电解液体系的热稳定性分析

An Active-Oxygen-Scavenging Oriented Cathode-Electrolyte-Interphase for Long-Life Lithium-Rich Cathode Materials, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202106072

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