Angew. Chem. ：有机正极电解质界面实现4.8 V 钴酸锂

钴酸锂理论容量高达274mAh g^-1，但是常规电压下钴酸锂仅表现出145mAh g^-1（截止电压为4.2 V），这源于钴酸锂在高电压下出现结构的衰退及电解质的分解。拓宽电解质的电压窗口，并建立高质量的正极电解质界面（CEI）有望实现钴酸锂高容量、高稳定性的能量输出。

传统的碳酸酯类有机电极电解质界面严格遵循二维瞬态成核和生长模型，能够实现电极的完美钝化。遗憾的是，这种由传统碳酸盐基电解质分解形成的有机CEI不稳定，在高电压下容易分解、溶解和重构，导致钴酸锂无法实现高电压、高稳定循环，造成电池难以实现高比能、长寿命的工作。

在此，华东师范大学潘丽坤教授、黄素梅教授与暨南大学黎晋良副研究员合作，提出了一种基于离子液体溶剂，结合高供体数添加剂构建电化学惰性有机CEI，成功设计出一种不易燃的超高电压离子液体电解质（ILE）。这一发现挑战了传统认知，揭示了以有机C-F为主的CEI能够显著抑制钴酸锂在高电压下的界面反应。

具有高供体数（DN）的OTF^–能够竞争Li⁺的配位。最高的HOMO能级使其在正极端优先分解形成以C-F为主导的CEI。而FSI-低的LUMO能级使其在负极优先分解形成以LiF为主导的无机SEI。这种全新设计的有机CEI和无机SEI协同可有效抑制高电压钴酸锂电池中副反应，实现电池在4.8 V高电压下稳定循环。

单溶剂的离子液体（IL）电解液完美继承了基于 TFSI 的 IL 的固有特性，具有 5.4 V 的超高氧化电位和高达 200 °C 的耐温性。因此，在 4.7 V/4.8 V 的截止电压下，Li//LCO 电池在0.5 C 条件下循环 100 次后，可实现 86.9%/74.2% 的高容量保持率。此外，为了验证该电解质的设计的普适性，作者针对该电解质协同4.8 V 级 Li//LiNi_0.6Co_0.2Mn_0.2O₂ 和 4.95 V 级 Li//LiNi_0.5Mn_1.5O₄ 电池进行测试，并发现在高电压下同样表现出优异的循环稳定性。

作者进一步通过原位XRD、原位DMES、XPS和ICP对钴酸锂正极的衰变进行了探究。研究结果显示有机CEI显著抑制了钴酸锂在高电压下的相变。此外，原位DEMS也展现出有机CEI对气体衍化的抑制。最后，XPS和ICP验证了有机CEI对金属离子溶解的抑制。

在这个工作中，作者强调了有机CEI在电解液设计领域的重要性。为解决目前储能系统中高压正极所面临的典型挑战提供了新的可能性。

论文信息

Organic Cathode Electrolyte Interphase Achieving 4.8 V LiCoO₂

Chaocang Weng, Meijia Qiu, Bingfang Wang, Jiaqi Yang, Wenjie Mai, Likun Pan, Sumei Huang, Jinliang Li

文章的第一作者是华东师范大学博士研究生翁朝仓、暨南大学博士后邱美佳、同济大学博士后王冰芳

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202419539