近日，j9国际集团资料基因组工程钻研院先进能源资料钻研所刘杨、郭炳焜团队结合江汉大学王德宇教授团队在国际驰名期刊《Energy Storage Materials》（影响因子：20.831）颁发题为“A tough Janus-faced CEI film for high voltage layered oxide cathodesbeyond 4.6 V”的钻研论文。该工作选取丁二腈和环己基苯作为共增长剂，在正极表表原位构筑了一层强韧的耐高压的CEI膜。

层状氧化物资料拥有较高的电压平台和理论比容量，是高能量密度锂离子电池的沉要正极资料。为了获得更高的现实比容量，这些资料必要充电至高电压以脱出更多的锂离子。然而，截止电压的提高会加剧正极颗粒的相变和内应力增长，引起颗粒微裂纹的产生。微裂纹的扩大和增殖直接增长了与电解液接触的表表积，导致界面副反映的加剧，同时，界面的副反映又会进一步导致不成逆相的形成和增殖，进而加剧颗粒的开裂，以至正极资料在高电压下的容量迅速衰减。因而，在正极表表构筑一层强韧的界面膜（CEI）是耽搁高压下锂离子电池循环寿命的必要战术。然而，目前大部门的钻研只关注CEI膜的电化学不变性，而忽略了机械强度。

图1：正极资料在Base electrolyte和SN+CHB electrolyte中CEI膜的形成和长循环颗粒变动的示意图。

在本工作中，作者设计了一种新鲜的职能化CEI膜兼具高电压不变性和机械强度Ｋ伎嫉诫婀倌芡庞涤心透哐购颓颗湮荒芰，且丁二腈含有腈官能团比例较高，故选取丁二腈（SN）做增长剂，在正极表表形成一层吸附层。鉴于芳香化合物拥有较好的刚性，且能在高电压下聚合成膜，通过范德华力和氢键来不变SN吸附层，因而，选取环己基苯（CHB）和SN作共增长剂参与碳酸酯电解液中，在充电过程中，在正极表表形成既不变又强韧的CEI膜（如图1所示）。

作者通过电化学测试和分歧电压下的FTIR测试，证了然SN在正极表表形成吸附层后CHB在高电压下聚合形成聚合物层，该聚合物层与SN层通过氢键作用缜密结合，形成亲氧化物电极的强韧耐高压CEI膜。作者进一步选取XPS和TOF-SIMS及其刻蚀的测试，获得了CEI膜的重要组分和厚度，以及3D组分散布图（如图2a-f）；通过AFM的测试，该双面CEI膜的杨氏模量高达~ 30GPa。通过XRD、TEM测试，批注该CEI膜能够抑造体积变动和正极表表的不成逆相变。为了评估该面CEI膜对电池电化学机能的影响，组装Li/LiCoO2和Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2电池，别离设置充电截止电压4.6 V和4.7 Vvs.Li+/Li，循环500和600周后，渣滓容量仍有77.4和72.3 %（如图2g&h）。长循环后的正极SEM和XRD表征显示，此CEI膜；さ腖iCoO2颗？严灾骷跚姨逑嘟峁共槐；锂金属表表测试发现，SN单独增长时负极表表可检测到SN，而SN和CHB共同使用时负极表表无有关检出，证明此CEI膜的形成有利于SN吸附层的不变。

图2：(a-f)TOF-SIMS测试LiCoO2电极在SN+CHB electrolyte中形成CEI膜后的二次离子散布图，(g)Li/LiCoO2电池在3.0-4.6 Vvs.Li+/Li下的循环机能图，(h)Li/LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2在2.8-4.7 Vvs.Li+/Li下的循环机能图。

本工作通过构筑职能化界面CEI膜来同时应对界面侵蚀问题和体积膨胀问题，亦可为其他电化学领域的防护设计提供借鉴。

该钻研成就于2023年3月份颁发于《Energy Storage Materials》上，论文第一作者为j9国际集团资料基因组工程钻研院2020级博士生秦银平，曾获得钻研生国度奖学金，校长奖学金和宝钢优良学生奖，共同通讯作者为王德宇教授、刘杨副钻研员和郭炳焜教授。

本文链接：https://doi.org/10.1016/j.ensm.2023.02.022