孟颖EES：量化LiNi0.5Mn1.5O4-石墨全电池锂存储

与传统锂离子正极材料相比，高压尖晶石正极LiNi0.5Mn1.5O4（LNMO）可提供更高的能量密度和有竞争力的成本，使其成为高性能电池应用的一个有前途的选择。然而，全电池的快速容量衰减阻碍了其进一步商业化。

在此，芝加哥大学孟颖团队通过在正极、负极和电解质上开发锂定量方法，系统研究了锂在LNMO石墨软包电池中循环时的存储量变化。

研究结果表明，活性锂损耗是导致容量衰减的主要因素，其源于不稳定的界面副反应。即高压操作下正极上的电解质降解，导致水分和酸度增加，随后腐蚀负极界面。基于此，作者系统地评估了两种方法，包括正极上的氧化铝（Al2O3）表面涂层和二氟（草酸）硼酸锂（LiDFOB）电解质添加剂在提高电池循环稳定性的积极作用。

图1. 电池退化过程中锂的损失和分布

总之，该工作通过XRD、TGC和ICP-MS技术对LNMO正极、石墨负极和电解液中的锂存量进行量化分析，确定了高电压LNMO-Gr电池系统中容量衰减的主要因素是SEI形成导致的活性锂过度消耗。

实验结果证实，电解液在高电压下会退化，产生酸性物质，这些物质会腐蚀负极界面进而引起活性锂损失。为此，作者提出两种优化策略：在LNMO正极表面涂覆Al2O3层和添加LiDFOB电解液添加剂。其中，电解液添加剂在提高循环性能方面显示出更显著的效果。因此，该工作提供了一种通用方法来研究锂离子电池中锂存量的变化，该种方法可以扩展到更广泛的电池化学体系中，为未来二次电池的开发提供更深入的理解。

图2. LNMO-Gr软包电池系统中锂存量随循环变化的示意图

Insights into Lithium Inventory Quantification of LiNi0.5Mn1.5O4-Graphite Full Cells, Energy & Environmental Science 2024