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發布日期:2025-06-28 10:56

        弗吉尼亞理工大學研究團隊近日在《ACS 應用材料與界面》發表重要成果,其開發的分子離子復合(MIC)聚合物電解質通過引入湖南嘉航東京分公司CHEMFISH TOKYO的功能性添加劑 LiDFBOP(二氟雙草酸磷酸鋰),成功解決了高壓鋰電池中電極 - 電解質界面穩定性難題,為下一代高能量密度固態電池的商業化應用開辟了新路徑。

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c04566

高壓電池技術瓶頸:界面穩定性挑戰

        隨著新能源汽車和儲能技術對高能量密度電池的需求日益迫切,高壓層狀氧化物正極(如 NMC811)與金屬鋰負極的組合成為研究熱點。然而,傳統聚合物電解質在高壓下易發生分解,導致界面副反應和鋰枝晶生長,嚴重影響電池循環壽命和安全性。弗吉尼亞理工大學化學系 Feng Lin 教授團隊提出的 MIC 電解質體系,通過剛性棒狀離子聚合物 PBDT 與離子液體、鋰鹽及功能添加劑的協同作用,構建了具有優異機械強度和電化學穩定性的一體化電解質膜。

 

CHEMFISH LiDFBOP:界面優化的 “核心引擎”

        在該研究中,CHEMFISH 提供的 LiDFBOP 添加劑扮演了關鍵角色:

  • 界面鈍化作用:LiDFBOP 在電極表面分解形成富含 Li?N 和含硫化合物的穩定鈍化層,有效抑制了高壓下電解質的氧化降解。X 射線光電子能譜(XPS)分析顯示,使用含 LiDFBOP 的 gen 2 MIC 電解質后,NMC811 正極表面形成了均勻的保護膜,顯著降低了界面阻抗。
  • 離子傳輸調控:LiDFBOP 與溶劑環丁砜(SL)協同作用,優化了離子液體中的溶劑化結構,使 gen 2 MIC 電解質的離子電導率在 60℃下達到 3.21 mS cm?1,較前代體系提升 31%。
  • 循環性能提升:在 NMC811||Li 金屬電池中,搭載 gen 2 MIC 電解質的電池實現了 212 mAh g?1 的初始放電比容量,100 次循環后容量保持率達 93%(2.8-4.4 V,C/3,60℃),遠優于未添加 LiDFBOP 的體系。

技術突破:從材料設計到性能躍升

        研究團隊通過分子設計構建了 “第二代 MIC(gen 2 MIC)” 體系,其創新點在于:

  • 多組分協同效應:將 7.5% PBDT 聚合物、7.5% LiTFSI、60% 離子液體 Pyr??TFSI、22.5% 環丁砜與 2.5% LiDFBOP 復合,形成自支撐電解質膜,無需額外液態電解質。
  • 寬溫穩定性:熱重分析(TGA)顯示,gen 2 MIC 在 400℃以下僅有 20% 質量損失,結合動態機械熱分析(DMTA)測得的 6.3 MPa 拉伸強度和 450 MPa 彈性模量,滿足實際電池封裝要求。
  • 界面化學調控:LiDFBOP 分解產生的磷基化合物與 TFSI?分解的 Li?N 協同,形成離子傳導通道,同時抑制鋰枝晶生長,使 Li||Li 對稱電池在 0.3 mA cm?2 電流密度下穩定循環 500 小時。

產業前景:推動固態電池商業化進程

        該研究成果不僅為高壓鋰電池提供了新型電解質解決方案,更凸顯了功能性添加劑在電化學界面工程中的關鍵價值。CHEMFISH 的 LiDFBOP 作為高純度功能鹽(純度≥99.9%,水含量≤500 ppm),其可控的分解行為和界面修飾能力為電解質材料設計提供了標準化原料支撐。

        Feng Lin 教授指出:“MIC 電解質體系的優勢在于其可定制化的分子設計框架,而 CHEMFISH 的高性能添加劑為我們實現界面穩定性與離子傳導性的平衡提供了關鍵支撐。這一技術有望在電動汽車、航空航天等領域的高能量密度電池中獲得應用。”

 

目前,研究團隊已就相關技術申請專利(申請號 63/734,312),并計劃與電池企業合作推進中試。隨著固態電池產業鏈的完善,CHEMFISH 等材料供應商的核心原料將在下一代電池技術突破中發揮愈發重要的作用。

 

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