破天荒头一遭！氧化铝当锂离子电池电解液添加剂！改善高Ni材料循环性能随着锂离子电池的能量密度的不断提升，锂离子电池的正负极活性物质也在悄然发生变化，正极材料从最初的LCO材料，转变为NCM材料，并逐渐转变为高镍NCM811和NCA材料，各大动力电池厂家都有近期推出高镍材料的计划。虽然高镍材料能够带来更高的容量，我们在之前的文章《NCA和NCM谁更适合300Wh/kg高比能锂离子电池？》中也对比分析了目前两种主流的高镍材料NCM和NCA材料的优缺点，NCM材料存在不可逆相变和过渡金属元素溶解等问题，NCA材料也存在循环中颗粒粉化、破碎的问题，因此两种高Ni材料在实际应用中都有许多问题需要解决。解决高镍材料的这些问题的关键在于提高NCA材料的界面稳定性，常见的手段包括元素掺杂，表面包覆和电解液添加剂等手段。电解液添加剂是改善电极界面稳定性的有效方法之一，常见的电解液添加剂主要是有机成分，通过在正极表面分解形成界面膜的方式减少界面的副反应，最近南开大学的Yan-YunSun（第一作者）和Xue-PingGao（通讯作者）则另辟蹊径通过在电解液中添加Al2O3纳米纤维显著改善了NCA材料的循环稳定性，该电解液注入到电池中后，纳米Al2O3纳米纤能够在正极表面形成一层具有良好机械强度的薄保护层，减少了界面的副反应，从而提升了NCA材料的循环稳定性。试验中使用的Al2O3纳米纤通过水热方法合成（形貌如下图所示，直径3-5nm），以EC／DMC（3:7），1MLiPF6为基本电解液，然后在2ml的基本电解液中加入0.01g的Al2O3纳米纤维作为功能电解液。Yan-YunSun以NCA（LiNi0.88Co0.09Al0.03O2）为正极，金属Li为负极组成扣式电池，按照12uL／mg的比例注入电解液进行测试。---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---下图为采用普通电解液的NCA（图a和b）和采用功能电解液NCA（图c和d）电化学性能曲线，从循环伏安曲线上可以看到采用功能电解液的NCA材料的氧化峰的电压值更低，还原峰的电压值更高，表明采用功能电解液的NCA材料的极化更小，同时我们也注意到采用功能电解液的NCA材料的电流峰要比普通电解液的NCA更加尖锐一些，表明Li+在采用功能性电解液的NCA中的扩散速度更快。从下图b、d和e中能够看到，在1C倍率下进行循环时采用功能电解液的NCA材料具有更好的循环性能，经过800次循环（3.0-4.3V）后可逆容量从198.1mAh/g下降到了118.7mAh/g，而采用普通电解液的NCA材料经过600周循环后从最初的185.8mAh/g下降到了74.1mAh/g，表明功能性电解液在正极表面形成的保护层很好的改善了NCA正极的界面稳定性。---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---为了进一步考核该功能电解液的性能，Yan-YunSun考核了NCA材料的在高温和高电压等恶劣条件下的循环性能。如下图所示，采用功能电解液的NCA材料即便是在55℃的高温条件下也表现出了非常好的循环性能，在经过300次循环后容量保持率可达62.4%，而采用普通电解液的NCA材料的容量保持率仅为36.9%。同时从下图b和c能够看到采用功能电解液的NCA材料不仅仅容量保持率更高，电压平台的衰降也要明显少于采用普通电解液的NCA材料。在高电压（4.6V）下循环时，采用功能电解液的NCA材料同样表现出了更好的循环性能，循环400次后容量保持率66.6%，而采用普通电解液的NCA材料在经过320次循环后容量保持率就已经下降到53.3%。利用扫描电镜观察发现，即便是仅仅1个循环以后采用功能电解液的NCA表面就覆盖了一层无机保护层，在经过300次循环后正极表面保护层（厚度为200-300nm）仍然紧紧贴在正极表面，表明这一层保护层具有非常好的机械性能。XPS分析表明这一层保护层的主要成分为Li-Al-O和Li-Al-F化合物，根据Al元素的键能分析该保护层中可能包含LixAlF3+x、AlFx(OH)yH2O和AlO2^minus;等成分。同时根据XRD数据计算得到的Ni／Li混排比例也显示，保护层的存在也能够有效的抑制Ni/Li混排，提升NCA材料晶体稳定性。---本文于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---我们在之前的文章中曾经介绍过NCA材料在循环中存在颗粒粉化和破碎的问题，同样的在这里我们也观察到了采用普...