据外媒报道，由美国能源部（DOE）布鲁克海文国家实验室（Brookhaven National Laboratory）的化学家领导的一组研究人员表明，在常见的商业电解液中使用适量的二氟磷酸锂（LiPO2F2），可以实现具有超高终止电压4.8 V的富镍层状阴极材料。相关论文发表于期刊《Nature Energy》。
图片来源：布鲁克海文国家实验室
这些发现可为解决富镍阴极材料的降解问题提供一种补救措施，尤其是在高电压条件下。该研究隶属于由DOE赞助的Battery500联盟，而该联盟由DOE的太平洋西北国家实验室（PNNL）领导，致力于显著提高电动汽车锂电池的能量密度。
石溪大学（Stony Brook University）博士生以及研究论文的共同第一作者Sha Tan与布鲁克海文实验室的电化学储能小组一起进行研究，最初是研究如何使用添加剂二氟磷酸锂来提高电池的低温性能。出于好奇，她尝试使用该添加剂在室温下进行高压循环。
结果发现，如果将电压提高到4.8 V，这种添加剂确实可以很好地保护阴极，并且使电池实现出色的循环性能。
当与锂金属阳极配对时，富镍层状阴极材料有望为下一代电池提供高能量密度。但这些材料容易出现容量损失。主要问题之一是高压充放电循环期间的颗粒破裂。由于存储在电池中的总能量随着有用操作电压的增加而增加，因此高压操作很重要。
另一个问题是过渡金属从阴极溶解并随后沉积在阳极上。领导这项研究的布鲁克海文化学家Enyuan Hu称，这种现象在电池界被称为“串扰（crosstalk）”。在高压充电过程中，阴极晶格中的少量过渡金属溶解，然后穿过电解液，沉积在阳极侧。当这种情况发生时，阴极和阳极都会退化。结果就是电池容量保持能力差。
研究人员发现，在电解液中加入少量添加剂可以抑制串扰。随着添加剂的分解，它会产生磷酸锂（Li3PO4）和氟化锂（LiF），从而形成具有高度保护性的阴极-电解液界面，即在循环过程中在电池阴极上形成的固体薄层。
Enyuan Hu表示：“通过在阴极上形成非常稳定的界面，该保护层显著抑制了阴极表面的过渡金属损失。减少的过渡金属损失有助于减少这些过渡金属在阳极上的沉积。从这个意义上说，阳极也受到了一定程度的保护。我们认为，抑制过渡金属溶解是显著改善循环性能的关键因素之一。”
研究人员发现，电解液添加剂使富含镍的层状阴极能够在高电压下循环，以提高能量密度，并在200次循环后仍保持其初始容量的97%。
最近的研究表明，基于单晶的阴极在抑制颗粒裂纹形成方面可能优于多晶阴极。然而，这项研究表明，使用添加剂工程也可以有效地解决多晶材料的开裂问题。
展望未来，研究人员希望在更具挑战性的条件下测试该添加剂，以探索阴极材料是否可以承受更多循环以供实际电池使用。
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