科学材料站
文 章 信 息
NCM811界面原位构建吸电子聚合物涂层提高锂离子电池性能
第一作者：林志远
通讯作者：林志远*，夏永高*
单位：宁波工程学院，丽水学院，中国科学院宁波材料技术与工程研究所
科学材料站
研 究 背 景
锂离子电池（LIBs）广泛应用归功于其出色的能量存储能力和长寿命。对于LIBs更高能量密度的需求推动了开发具有高比容量的正极材料的广泛研究。层状高镍正极（NCM）因其高比容量、具有成本效益和环保特性等优点而成为备受关注的候选材料。然而，NCM正极的应用面临结构不稳定和充放电循环过程中阴极表面电解液组分的催化氧化等挑战。本篇通过在NCM811正极界面原位构建聚合物涂层（PCL）来增强LIBs电化学。通过四乙烯硅烷（TVSi）原位自聚合，TVSi电子吸引效应和C=C键有助于稳定化正极-电解质界面并抑制氧化降解。研究在NCM811正极界面构筑TVSi涂层，防止正极与电解液直接接触，显著改善其电化学性能。
科学材料站
文 章 简 介
近日，来自宁波工程学院林志远副研究员、中国科学院宁波材料技术与工程研究所夏永高研究员在国际知名期刊Energy Storage Materials上发表题为“In Situ Construction of an Electron-Withdrawing Polymer Coating Layer on NCM811 Interface for High-Performance Lithium-Ion Batteries”文章。该文章利用吸电子基团--四乙烯硅烷作为聚合物涂层，通过在NCM811正极实现原位自聚合，增强锂离子电池性能和稳定性。
图1. NCM811界面原位构建吸电子聚合物涂层示意图及电池性能
科学材料站
本 文 要 点
要点一：NCM正极/电解液界面
锂离子电池中使用NCM正极材料时出现容量衰减和过充现象主要源于NCM材料过渡金属离子对电解液的催化作用，导致正极与电解液界面不稳定。电解液溶剂分子的吸电子效应会影响电荷分布，降低离子迁移壁垒，增强离子导电性。DFT计算显示EC和DEC为供电子基团，而TMSi和TVSi具有吸电子效应。在电子不足环境中EC和DEC易失去电子，而四甲基硅烷（TMSi）和TVSi具有较好的电子保留稳定性。TVSi在正极表面具有更高的吸附优先级，有利于形成保护性聚合物涂层，对于防止结构不稳定和氧化降解至关重要。
要点二：NCM界面修饰提高电池性能
通过原位自聚合，四烯基硅烷在NCM811正极界面构建具有吸电子效应的聚合物涂层。该聚合物涂层使电解液具有高达5.02 V的氧化电位，有效保护正极免受各种副反应的影响，改善界面兼容性。NCM811正极匹配BE/TVSi电解液高压下具有良好循环性能。
要点三：前瞻
通过在NCM正极表面通过原位自聚合形成四烯基硅烷的聚合物涂层来增强锂离子电池的电化学稳定性。TVSi涂层吸电子效应和C=C键有利于稳定正极-电解质界面并抑制氧化降解。BE/TVSi电解液良好的电荷转移动力学和高氧化电位归因于TVSi电子吸引效应，匹配NCM811正极循环140圈后容量保持率为80%。均匀且坚固的PCL作为一道障碍阻止了严重的不可逆副反应，增强了锂离子电池的稳定性和性能。研究表明TVSi涂层吸电子效应和C=C键可以改善锂离子电池性能。这项研究对锂离子电池技术的推进做出了贡献，提供了一种创新方法，用于更高效和可靠的能量存储系统。
科学材料站
文 章 链 接
In Situ Construction of an Electron-Withdrawing Polymer Coating Layer on NCM811 Interface for High-Performance Lithium-Ion Batteries
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2405829724007025
科学材料站
通 讯 作 者 简 介
林志远副研究员简介：2020年获北京工业大学博士学位，之后继续从事博士后研究工作，2022年入职宁波工程学院新能源学院。目前以第一作者或通讯作者在Materials Today、Energy Storage Materials、Nano Energy、Journal of Materials Chemistry A、Journal of Energy Chemistry、ACS Applied Materials & Interfaces等期刊已发表学术论文10余篇，以合作者发表SCI论文20余篇；已授权国家发明专利5项；主持中国青年科学基金项目、中国博士后基金各一项；获北京市科学技术二等奖一项。
夏永高研究员简介：2003年3月-2008年3月，日本佐贺大学芳尾实验室，获得硕士、博士学位；2008年4月-2011年3月，日本关东电化工业株式会社新产品研究开发部基础研究所；2011年4月，进入中国科学院宁波材料技术与工程研究所，主要负责锂离子电池关键材料及其高比能电池的研究与开发。2022年4月任命为新能源学院院长。目前为止，已在Nature Commun.、Nano Energy等学术期刊发表论文80余篇；申请发明专利80余项（其中PCT专利6项），获授权国家发明专利33项；参与编写国内外学术专著 “Electrochemical Energy: Advanced Materials and Technologies”（CRC Press, 2015）、“Lithium-Ion Batteries Materials Application and Technology” 和《新能源材料科学与应用技术》（科学出版社, 2016）等各1章，并受邀参与了中国大百科之能源材料条目的撰写工作。主持承担了包括国家重点研发计划新能源汽车试点专项、中科院纳米先导专项计划、国家自然科学基金面上项目等多项课题研究。实现了磷酸锰锂、高温型锰酸锂、富锂锰基正极材料、硅碳复合负极材料等多项技术成果的产业转移转化。2016年，获得中国锂电青年科学研究奖和赢创优秀青年科学家奖等称号。
科学材料站
课 题 组 介 绍
宁波工程学院新能源学院储能科学与工程团队是一支集材料研究、器件制作、模块研发及系统工程化纵向集成的年轻科研团队，拥有完整、先进的材料研究、电池制作和性能评价检测平台。团队聚焦储能领域钠离子电池、固态电池、水系离子电池等新型电化学储能技术，积极开展储能电池电极材料宏量合成、固态陶瓷隔膜制备及先进储能模块集成等关键核心技术研发，储能电池正负极材料研发。团队主要与电池电芯设计、电池模组及储能系统集成等新能源企业，以及从事相关研究的高校和研究团队进行合作，旨在服务地方储能领域产业可持续、高质量发展。
添加官方微信 进群交流
SCI二氧化碳互助群
SCI催化材料交流群
SCI钠离子电池交流群
SCI离子交换膜经验交流群
SCI燃料电池交流群
SCI超级电容器交流群
SCI水系锌电池交流群
SCI水电解互助群
SCI气体扩散层经验交流群
备注【姓名-机构-研究方向】
投稿请联系contact@scimaterials.cn
点分享
点赞支持
点在看
