【研究背景】
随着便携式电子设备普及、电动汽车快速发展以及全球碳中和目标的推进，开发大规模、可持续的高能量密度电化学储能装置成为关键。目前主流的锂离子电池(LIBs)依赖含钴的过渡金属氧化物正极(如 LCO、NCM)，但钴资源稀缺、成本高且环境不友好，因此无钴正极材料(如LNMO)因高电压平台(4.7 V)、高比能(650 Wh kg-1)和低成本特性成为研究热点，尤其是与锂金属负极结合出色的性能更具吸引力，被视为下一代动力电池的潜在候选材料。然而，循环过程中LNMO正极Mn的溶解、电解质在高压下分解使界面恶化以及锂枝晶生长的问题严重阻碍了其实际应用。以往的研究主要聚焦于元素掺杂、高浓度电解质以及电解液添加剂工程，尽管取得了不同程度的成功，然而元素掺杂步骤复杂且对锂金属缺少改性，高浓度电解质以及电解液添加剂策略尽管对界面和锂金属作用显著，但大都忽略了正极材料本身的调控。因此，开发简单、可扩展的策略同时解决上述三个问题仍然颇具挑战。
【工作简介】
近日，国防科技大学的孙巍巍副研究员、郑春满教授、刘双科副教授、李宇杰教授等人提出了一种将二茂铁六氟磷酸盐(FHFP)作为电解液添加剂的策略，实现了Fe3+在电化学循环过程中的动态掺杂并改善正极和负极界面，对LNMO||Li电池实现多方位改善。该研究通过多尺度理论模拟和第一性原理计算分析了FHFP添加剂的分子特性，证明了其解离Fe3+和改性界面的潜力。研究人员借助原子级球差校正投射电镜(HRTEM)、电子能量损失谱(EELS)、同步辐射X射线吸收谱(XAFS)和原位X射线衍射(in situ XRD)等表征技术，研究人员证实了Fe3+循环过程中在LNMO正极的有效、均匀掺杂，结果表明Fe占据Mn溶出产生的空位，从而稳定晶格，并抑制进一步的Mn溶出行为，从而有效稳定晶格。此外，研究人员还借助三维飞行时间二次离子质谱(3D TOF-SIMS)、X射线光电子能谱(XPS)刻蚀和原位电化学阻抗(in situ EIS)证实了在FHFP添加剂作用下，诱导形成了薄而均匀、富含无机物的正极CEI层以及富含F和P的锂负极SEI层，从而减少电解液在高电压下的分解和抑制锂枝晶生长。基于FHFP添加剂策略的动态掺杂和界面改性协同作用，该研究成功提高了无钴高电压正极锂金属电池的循环稳定性，在3.5-4.9 V
声明：
“国防科技大学孙巍巍/郑春满/刘双科/李宇杰Nature Commun.：无钴高电压锂金属电池” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色网
来源：国防科技大学
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2025年05月23日 ~ 25日 
