通过均苯三酸和对苯二甲酸调控电解液提升LiNi0.5Mn1.5O4基高压锂离子电池性能

为解决高压LNMO（LiNi0.5Mn1.5O4）正极材料在4.7V高电位下电解液氧化分解及SEI（固体电解质界面）稳定性不足的问题，研究人员通过向常规LP57电解液（1.0M LiPF6/EC:EMC=3:7）中引入均苯三酸（TMA）和对苯二甲酸（TPA）形成悬浮电解液体系。实验表明，改性电解液在Li│LNMO和Gr│LNMO电池中显著提升了长期循环性能（400次循环后容量保持率分别达98%和92%），并降低了电压滞后和DCIR（直流内阻）增长。该研究为高压锂离子电池的电解液设计提供了新思路。

　　

高压锂离子电池是新能源领域的研究热点，但正极材料LiNi_0.5Mn_1.5O₄（LNMO）在4.7V高工作电压下面临严峻挑战——传统碳酸酯基电解液易氧化分解，导致固体电解质界面（SEI）破坏、过渡金属溶解和容量快速衰减。更棘手的是，这种高压工况还会引发锂金属负极的枝晶生长和石墨负极的过渡金属沉积，最终造成电池性能断崖式下降。

为破解这一难题，以色列巴伊兰大学（Bar-Ilan University）的研究团队独辟蹊径，将两种芳香族羧酸——均苯三酸（TMA）和对苯二甲酸（TPA）作为悬浮添加剂引入标准LP57电解液（1.0M LiPF₆/EC:EMC=3:7），构建了新型悬浮电解液体系。这项发表在《Materials Today》的研究显示，改性后的电解液能在电极界面诱导生成富LiF的稳定SEI层，使Li│LNMO电池在400次循环后仍保持98%（TMA体系）和92%（TPA体系）的惊人容量保持率，远超传统电解液38%的基准值。

研究团队综合运用了恒电流循环测试、直流内阻（DCIR）分析、扫描电子显微镜（SEM）和核磁共振（NMR）等技术。通过对比Li│LNMO和Gr│LNMO两种电池构型，系统评估了悬浮电解液对电极界面化学、热稳定性和倍率性能的影响。

结果与讨论

• 界面工程：TMA/TPA的引入促使负极形成LiF-rich SEI，有效抑制锂枝晶和电解液分解。核磁数据证实悬浮体系减少了EC溶剂的分解副反应。
• 电化学性能：在1C倍率下，LP57+TMA组电池的平均放电电压高达4.65V，且电压滞后比对照组降低42%。脉冲测试显示DCIR增长速率减缓60%。
• 结构稳定性：SEM显示循环后LNMO正极在悬浮体系中保持完整尖晶石结构，而对照组出现明显裂纹。TGA证实改性体系的热失控起始温度提升15℃。

结论与意义
该研究开创性地通过简单添加TMA/TPA实现了电解液性能的飞跃：一方面通过调控Li⁺溶剂化鞘结构抑制电解液氧化，另一方面在双电极界面构建了导锂抑电子的理想SEI。特别值得注意的是，这种悬浮策略不仅适用于锂金属电池（LMBs），在Gr│LNMO全电池中同样展现出过渡金属溶解抑制效果，为解决高压电池的共性难题提供了普适性方案。这项成果为开发能量密度>650Wh/kg的下一代锂电系统奠定了关键技术基础。