华南师范大学化学学院在高能动力与储能电池领域的电池材料表界面物理化学性质解析与结构构筑方面形成了特色，拥有国家地方联合工程研究中心和教育部工程研究中心等高层次科研平台，提出过系列锂离子电池材料/电解质溶液界面结构与性质的新理论，应用这些理论解决了多个高能电池发展的瓶颈问题。
近日，化学学院邢丽丹副研究员在《Nature Communications》上发表研究论文“Overlooked electrolyte destabilization by manganese (II) in lithium-ion batteries”，首次揭示锂离子电池中过渡金属离子从正极材料中溶出后对电解质溶液及电极/电解质界面稳定性的影响规律。
锂离子电池通常由含锂过渡金属氧化物正极，碳材料负极，和溶解有一定浓度六氟磷酸锂盐的碳酸酯电解液所组成。正极中的过渡金属离子容易溶出，特别是电池在高电压、高温等极端条件下储存或循环的过程中，溶出的过渡金属导致电池容量急剧衰减甚至安全问题。在此之前，国际上提出的相关机理涉及两个方面，一是溶出的过渡金属离子导致正极材料界面结构破坏，另一方面是溶出的离子在电解液中迁移并沉积到碳负极界面，破坏负极界面的稳定性。
该论文以常见的锰二价离子为例，首次发现溶出的锰二价离子一旦溶解到碳酸酯基电解液中，会与碳酸酯溶剂分子和六氟磷酸锂阴离子形成比锂离子溶剂化层更复杂的溶剂化结构。更重要的是，锰二价离子会催化分解其溶剂化层中的六氟磷酸锂阴离子，形成具有高催化活性的五氟化磷，后者进一步催化分解碳酸酯溶剂分子的分解，最终显著降低电解液的热稳定性，从而降低电池的循环寿命。该论文入选Nature Communications Editors' Highlights。
华南师范大学为该论文的第一单位，化学学院硕士研究生王存为该论文的第一作者，邢丽丹及美国许康研究员为共同通讯作者。该研究得到国家自然科学基金面上项目“过渡金属离子沉积对锂离子电池石墨负极/电解液界面性质影响机理的理论与实验研究”和广东省杰出青年基金等资助。
来源 华南师范大学新闻网
论文链接
https://www.nature.com/articles/s41467-019-11439-8
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