【摘要】 中国科学院团队研发LiDFOB-LiBF4复合电解液体系，通过1.7V恒电位还原技术在LCO阴极构建富LiF界面层，实现4.6V高压全电池500次循环85%容量保持率，能量密度达313Wh/kg。详解界面构筑机理与工业化应用前景。

在锂离子电池高电压技术发展中，钴酸锂（LCO）阴极材料因体积膨胀引发的界面失效问题长期制约着其容量提升。最新研究发现，通过LiDFOB-LiBF4复合电解液体系的恒电位还原技术，可在4.6V高压环境下构建稳定富LiF的阴极-电解质界面（CEI），显著提升电池循环寿命。本实验验证了该技术在单晶LCO//石墨全电池中实现500次循环85%容量保持率的突破性进展。

 

一、界面失效机理与解决方案

传统LCO阴极在充电电压超过4.2V时，剧烈的体积变化（膨胀率＞3%）会导致CEI层破裂，引发电解液持续分解（图1a）。研究团队创新性采用1.0M LiDFOB-0.2M LiBF4-FEC/DEC电解液体系，通过1.7V恒电位还原技术形成致密LiF基CEI层，成功抑制钴溶出和结构损伤。

高压锂电电解液氧化稳定性测试曲线：基础电解液与改性体系在4.2V以上氧化电流对比

图1 LiDFOB-LiBF4电解质在不锈钢(SS)和LCO上的氧化还原行为

 

二、恒电位还原技术关键参数

实验采用三电极体系进行验证：

1.还原电位：1.7V（vs. Li+/Li）

2.容量输出：8mAh/g（主贡献于CEI形成）

3.电解液配比：双锂盐协同体系

4.厚度控制：XPS检测显示界面层厚度提升40%

钴酸锂阴极表面LiF成分XPS谱图对比：改性处理前后F1s峰强度变化

图2 XPS光谱揭示了两种条件下的表面化学差异

 

三、全电池性能验证

经工艺优化的3mAh/cm²高载量全电池表现出：

  • 能量密度：313.3Wh/kg（电极总质量基准）
  • 循环寿命：500次容量保持率＞85%
  • 电压稳定性：5V截止电压下无显著氧化电流

 

四、技术应用前景

该技术突破为下一代高镍/富锂锰基正极材料开发提供了新思路：

1.电解液还原电位精准调控

2.原位界面层构筑工艺

3.高电压兼容性界面设计

4.工业化放大可行性

研究团队通过DFOB⁻阴离子优先还原机制，证实了富LiF界面层对钴溶出抑制率可达92%（ICP-MS数据），为开发＞4.5V高压锂电体系提供了可靠解决方案。