摘要如何构筑稳定的电极-电解液界面（SEI/CEI），成为破解高压难题的关键。进入2025年，电池行业的新一轮材料升级正在发生。无论是新能源汽车对轻量化和超快充的诉求，还是消费电子对轻薄与长续航的追求，都在推动高镍正极、硅碳负极等高性能材料加速应用。高镍/超高镍正极、硅碳负极乃至锂金属负极等高性能材料加速应用。在这一背景下，高压正极（4.5 V–4.7 V）因能够提升能量密度和快充平台电压，成为行业探索的重要方向。但其背后电解液易发生氧化分解产气、过渡金属离子溶解等一系列问题，也成为制约电池寿命和安全性的瓶颈。近日，深圳新宙邦科技股份有限公司（以下简称“新宙邦”）联合南方科技大学，在国际期刊《Small》上发表了一项关于电解液添加剂的新研究成果——CBS，该成果为高压电池体系的稳定性提供了新的思路。双结构融合破解高电压难题对于LiNi₀.₆Co₀.₁Mn₀.₃O₂（NCM613）等高镍正极材料而言，在4.4 V甚至更高电压下运行，可显著提升电池能量密度，但也极易引发晶格氧流失、过渡金属溶解、电解液持续氧化等连锁问题。溶解的金属离子迁移至负极后，会催化锂沉积和电解液分解，从而破坏负极SEI膜，最终导致“电池容量跳水”（battery rollover），造成容量断崖衰减。因此，如何构筑稳定的电极-电解液界面（SEI/CEI），成为破解高压难题的关键。针对这一核心需求，研究团队巧妙融合碳酸酯与硫酸酯的结构优势，设计出一种多环结构的hybrid分子CBS（Carbonate Bis(Sulfate)），其独特优势体现在两大维度：优先成膜，抢占界面反应先机：密度泛函理论（DFT）计算表明，相较于传统电解液组分（如碳酸乙烯酯EC、1，3-丙烷磺内酯PS），CBS具有更低的LUMO能级（-0.6eV）。这一特性使其在电池首次充电过程，能够优先于EC在负极表面发生还原反应，形成致密富硫无机SEI膜；同时参与正极表面CEI膜的构建，显著抑制界面副反应。双界面保护，阻断衰减链式反应：在正极侧，CBS能有效抑制高电压下晶格氧的析出与过渡金属离子的溶解，避免正极材料结构劣化；在负极侧，其形成的稳定SEI膜可防止电解液溶剂分子嵌入石墨层间，避免负极结构剥离，从源头上避免金属离子穿梭效应和电解液耗竭。图1：a) 电池中CBS作用机理示意图；b) EC、PS与CBS 的分子轨道能级；c) 采用不同电解液的石墨 ||NCM613 软包电池首次充电的dQ/dV曲线。插图：对应的充电曲线；d) 采用不同电解液的石墨 ||NCM613 软包电池首次充电过程中析气量的归一化体积性能验证长寿、高温、高安全为直观验证创新型电解液添加剂（CBS）的实际应用价值，研究团队以NCM613软包电池为测试对象，通过对比基础电解液、2%PS和2%CBS电解液的性能，用精准数据凸显CBS在提升电池寿命、高温适应性与安全性上的显著优势，具体表现如下：循环寿命显著提升：在25℃下循环600次后，CBS电池容量保持率高达94%；即使在45℃高温下循环1000次，仍保持90%容量，阻抗仅增长45.4%，远优于基础组（>900%）。 。高温存储性能优异：60℃下满电（4.4 V）存储30天，含CBS的电池容量保持率达90%，体积膨胀仅3%（基础电解液容量仅剩13%，体积膨胀34%），且活性锂损失仅8%，远优于行业常规水平。安全性能大幅增强：差示扫描量热法(DSC)测试显示，CBS形成的SEI分解温度从124.89℃(基础电解液)提升至139.98℃，CEI分解温度从93.11℃提升至121.42℃，有效延缓热失控风险。图2：石墨 ||NCM613 软包电池的循环稳定性采用不同电解液的石墨 ||NCM613软包电池在以下条件下的1C/1C循环性能：a)25℃；b)45℃（注：1C=1500mA）采用不同电解液的石墨 ||NCM613软包电池在45℃下的Nyquist图及阻抗值：c)、e)循环前；d)、f) 350次循环后图3：采用不同电解液的石墨||NCM613软包电池热稳定性测试a) 石墨||NCM613软包电池在60℃下老化不同天数后的容量保持率；b) 石墨||NCM613软包电池在60℃下老化不同天数后的容量恢复率；c) 软包电池在60℃下老化不同天数后的体积膨胀量；d) 石墨 ||NCM613软包电池在60℃下老化30天后的析气光学图像；e)软包电池储存后的直流内阻（DCIR）增长率；f)完全锂化石墨负极的差示扫描量热（DSC）曲线；g)完全脱锂NCM613正极的差示扫描量热（DSC）曲线适配性：多个体系均有改善CBS 的优势不仅局限于 NCM 体系，在其他主流电池化学体系中同样表现出色：LiCoO₂（LCO）体系：3.0-4.5 V 电压区间内，25℃循环 800 次容量保持率超 80%（基础电解液仅 37%）；45℃循环 250 次仍达 62%（基础电解液 29%）。LiMn₀.₆Fe₀.₄PO₄（LMFP）体系：45℃高温下，因有效抑制 Mn²+ 溶解，循环稳定性显著优于基础电解液与 PS 电解液。图4：不同电解液在各类电池体系中的循环性能a) 石墨 ||LCO 软包电池在 25℃下的循环性能；b) 石墨 ||LCO 软包电池在45℃下的循环性能；c) 石墨 ||LMFP 软包电池在 25℃下的循环性能；d) 石墨 ||LMFP 软包电池在 45℃下的循环性能新宙邦在含硫新型添加剂领域已累计布局专利超百项，具备从分子设计、合成工艺到应用验证的研发能力。 。此次CBS添加剂技术成果，由新宙邦钱韫娴博士、胡时光博士、刘中波博士、郑仲天团队主研，并依托与南方科技大学邓永红教授、王军教授团队多年的紧密科研合作得以顺利突破。双方在前沿电池化学品材料、固态电解质等方向持续开展联合攻关，形成了深厚的协同创新基础。 。5：新宙邦研发团队与南方科技大学合作推动技术成果落地自成果发布以来，多家行业头部企业积极关注与跟进，围绕该技术方向开展后续研发与应用探索。目前，该项技术在ICT产业链己广泛应用。同时，新宙邦高度重视知识产权的保护与价值转化，已就该技术与动力及储能与行业头部企业展开合作探讨，推动技术向更广阔的能源应用场景延伸。 .appendQr_wrap{border:1px solid #E6E6E6;padding:8px;} .appendQr_normal{float:left;} .appendQr_normal img{width:100px;} .appendQr_normal_txt{float:left;font-size:20px;line-height:100px;padding-left:20px;color:#333;} 海量资讯、精准解读，尽在新浪财经APP
|
提升卡
变色卡
