通讯单位：美国德克萨斯大学奥斯汀分校
【研究背景】
高镍正极材料（LiNixMnyCo1?x?yO2, x ≥ 0.8）具有较高的理论比容量，但是其稳定性较差，随着循环次数增加，容量衰减迅速。为了缓解这一问题，研究人员开发了局部浓盐电解液（LHCE），该电解液体系有助于形成阴离子衍生的富含无机组分的SEI膜，且摆脱了浓盐电解液高粘度、高成本的缺陷。目前已被证实能够显著地改善高镍正极材料的循环寿命，以及降低电解液的可燃性，其增强的稳定性具有抑制电池产气的潜力，但目前该领域缺少对局部浓盐体系产气的研究。
美国德克萨斯大学奥斯汀分校Arumugam Manthiram教授团队采用在线电化学质谱（OEMS）技术首次比较了高镍正极材料在LHCE与传统碳酸酯电解液中的产气情况，研究结果表明，高镍正极在LHCE电解液中产气量更低，但两种电解液都无法完全抑制电池在循环中的产气，且产气行为与正极材料中的晶格氧释放有密切联系。相关 章以 “Gas Generation in Lithium Cells with High-Nickel Cathodes and Localized High-Concentration Electrolytes” 为题发表在国际知名期刊 “ACS Energy Letters” 上。
【内容详情】
图 1. NC9406/Li半电池在LP57(左)或LHCE(右)电解液中的电压曲线(上)和产气数据(下)。
图 2. 含LP57(上)或LHCE(下)电解液的NC9406/Li半电池在不同截止电压下的产气数据。
图 3. 200次循环后的气体产生情况：(a)采用NC9406正极的锂金属软包电池的循环性能。(b)循环后正极和初始正极在LP57(左)或LHCE(右)电解液中的电压曲线(上)和产气数据(下)。
图 4. 含有锂金属负极、纯碳电极和LP57(左)或LHCE(右)电解液的电池的电压和电流曲线(上)和产气数据(下)。
【结论】
本工作利用OEMS技术探究了高镍正极NC9406在LHCE电解液中的产气行为。结果表明，在4.4 V下，LHCE能够有效缓解高镍正极中气体的生成，其产气量减半。在4.3 V下，产气量更是只有LP57电解液的产气量的三分之一，但在更高电压4.6 V下，LHCE与LP57的产气量相当，因此说明DME基LHCE不适合在极高电位下运行。另外，循环过后的正极在4.4 V下的产气量与初始电极的产气量相当，这归因于循环过程中电极比表面积的增加。即使是LHCE也不能缓解高镍正极在过充时的气体释放。因此，应当探索氧化稳定性更高的电解液以及进行对正极改性，以限制气体的产生。
【 献信息】
Jayse Langdon, Richard Sim, and Arumugam Manthiram*, Gas Generation in Lithium Cells with High-Nickel Cathodes and Localized High-Concentration Electrolytes, ACS Energy Lett., 2022, 7, 2634–2640.
DOI: 10.1021/acsenergylett.2c01444
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01444
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