構(gòu)建穩(wěn)定的正極電解質(zhì)中間相（CEI）是實(shí)現(xiàn)高電壓鋰離子電池性能突破的關(guān)鍵技術(shù)路徑。然而，由于CEI 的形成涉及電解液與正極材料之間復(fù)雜的不可逆電化學(xué)反應(yīng)，其具體形成機(jī)制至今仍缺乏系統(tǒng)性理解。現(xiàn)有研究表明，陰離子在CEI 形成過(guò)程中起主導(dǎo)作用，這主要?dú)w因于陰離子相較于碳酸酯溶劑更易在正極材料表面的“內(nèi)赫姆霍茲平面”（inner-Helmholtz plane, IHP）發(fā)生吸附和分解。然而，學(xué)術(shù)界對(duì)陰離子吸附行為及其在 CEI 形成中的具體作用機(jī)制仍缺乏深入探討，這制約了高電壓鋰電子電池穩(wěn)定性的進(jìn)一步提升。
圖1. 陰離子吸附行為及界面結(jié)構(gòu)演變
針對(duì)上述問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)采用多種原位界面表征技術(shù)，首次系統(tǒng)揭示了陰離子在 IHP 處的吸附行為及其對(duì) CEI 形成的作用機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)，不同陰離子在 LiCoO2（LCO）表面的吸附行為直接決定了 CEI 的化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究團(tuán)隊(duì)通過(guò)石英晶體微天平耗散模式（QCM-D）實(shí)驗(yàn)，定量比較了不同陰離子在 LCO 表面的吸附行為，并結(jié)合原位衰減全反射傅里葉變換紅外光譜（ATR-FTIR）與原位共聚焦拉曼光譜（Raman）等先進(jìn)表征手段，深入解析了不同陰離子吸附行為對(duì)CEI形成過(guò)程的調(diào)控機(jī)制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：與傳統(tǒng)的 PF6?相比，DFOB?陰離子 在 LCO 表面表現(xiàn)出更高的吸附能，能夠在 IHP 處形成以陰離子為主導(dǎo)的吸附層，從而有效阻隔有機(jī)溶劑分子與正極材料表面的直接接觸，顯著抑制碳酸酯溶劑在CEI形成過(guò)程中的分解反應(yīng)。這一機(jī)制最終促進(jìn)了更加致密且富含無(wú)機(jī)組分的 CEI 膜形成，使LCO正極在超高電壓（>4.7V）條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性。
該研究成果不僅深化了學(xué)術(shù)界對(duì) CEI 形成機(jī)制的理論認(rèn)知，也為未來(lái)高性能鋰離子電池電解液體系設(shè)計(jì)及電極/電解液界面優(yōu)化提供了重要的理論指導(dǎo)。相關(guān)研究成果以“Anion Adsorption at the Inner-Helmholtz Plane Directs Cathode Electrolyte Interphase Formation”為題，發(fā)表于化學(xué)領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《Angewandte Chemie International Edition》（德國(guó)應(yīng)用化學(xué)）（DOI: 10.1002/anie.202425535）。
圖2. 論文發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.
該工作在北京大學(xué)潘鋒教授，楊盧奕副研究員和SES AI 公司首席技術(shù)官許康博士的共同指導(dǎo)下完成，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院博士畢業(yè)生冀昱辰和碩士畢業(yè)生黃宇翔為文章的共同第一作者。該工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、電動(dòng)汽車動(dòng)力電池與材料國(guó)際聯(lián)合研究中心、廣東省新能源材料設(shè)計(jì)與計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、深圳市新能源材料基因組制備和檢測(cè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的支持。
