TPFPB与LiDFOB协同构建高稳定硼基CEI膜提升4.5V高电压NCM622循环性能研究

为解决高电压NCM622阴极材料界面副反应剧烈、容量衰减快等问题，研究人员创新性提出TPFPB/LiDFOB双添加剂协同策略。通过构建富含BxOyFz-的CEI膜，使Li/NCM622半电池在4.5V高压下循环500次后容量保持率达76.8%，较基础电解液提升10倍，为高电压锂电产业化提供新思路。

　　

随着电动汽车续航里程需求的激增，开发高电压锂离子电池成为行业焦点。镍钴锰三元正极材料（NCM）通过提高截止电压可释放更多容量，但当工作电压超过4.3V（vs. Li/Li⁺）时，阴极与电解液间的副反应会导致过渡金属（TM）溶解、晶格氧释放等问题，引发电池性能急剧衰退。传统解决方案如表面包覆、离子掺杂等工艺复杂，而电解液添加剂因其易集成特性备受关注。

山东科技大学（根据基金项目推断）的研究团队在《Materials Today Electronics》发表研究，创新性地采用三(五氟苯基)硼烷（TPFPB）和二氟草酸硼酸锂（LiDFOB）双添加剂体系，通过协同作用在NCM622表面构建了富含B-F/B-O键的稳定CEI膜。该研究通过理论计算证实两种添加剂具有低于碳酸酯溶剂的氧化电位（TPFPB 5.31eV，LiDFOB 5.89eV），能优先分解成膜；实验显示该体系可将LiPF₆分解产物HF含量降低83.5%，并在阴极形成厚度约15nm的均匀保护层。

关键技术包括：1）密度泛函理论（DFT）计算分子轨道能级；2）X射线光电子能谱（XPS）分析CEI膜成分；3）电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）检测TM溶解量；4）电化学阻抗谱（EIS）评估界面阻抗变化。

【研究结果】

1. DFT计算：TPFPB的LUMO能级（-0.92eV）显著低于EC（0.67eV），证实其优先还原特性；
2. 界面表征：XPS显示CEI膜含32.7% B-O键和28.4% B-F键，有效抑制电解液持续分解；
3. 电化学性能：1C倍率下循环500次后，双添加剂体系容量保持率达76.8%，而对照组仅7.6%；
4. 热稳定性：差示扫描量热（DSC）显示TPFPB使电解液起始放热峰温提升17℃。

【结论】该研究开创性地通过硼基添加剂分子设计，实现CEI膜成分与结构的双重调控：LiDFOB通过捕获PF₅抑制LiPF₆链式分解，TPFPB则凭借刚性苯环结构增强膜机械强度。这种"双功能协同"机制为开发4.5V以上高电压电池提供了新范式，相关技术已获山东省重点研发计划（2024CXGC010305）支持。