4-(三氟甲基)苯基异氰酸酯——一种有前景的锂锰氧化物（LiMn2O4）/石墨电池电解质添加剂，具有优异的高温性能

《Journal of Energy Chemistry》：4-(Trifluoromethyl)phenyl isocyanate–a promising electrolyte additive for LiMn2O4||graphite cells with excellent elevated-temperature performance

　　

魏刚 王 | 施帅 张 | 学志远 | 张宇 | 杨灿 | 刘万民 | 胡国荣 | 曹彦兵 | 彭中东 | 关迪昌 | 任宇 | 康立涛 | 杜科

摘要

LiMn₂O₄因其成本效益和环保性能而备受关注，是一种有前景的锂离子电池正极材料。然而，其实际应用受到锰溶解、表面退化以及高温下高活性电解质分解导致的性能下降的严重限制。这些挑战主要源于LiPF₆分解和水解引发的HF介面腐蚀。这种现象不仅导致锰从正极中溶解，还促使溶解的Mn²⁺催化分解电解质溶剂。为了解决这些问题，本研究开发了一种新型氟化异氰酸酯添加剂——4-(三氟甲基)苯基异氰酸酯（TFMPI）。通过添加TFMPI，电解质中的HF含量有效降低了50%以上，从而显著提高了循环稳定性：在60 ℃下经过500次循环后，LiMn₂O₄||Li硬币电池的容量保持率提高了42.9%，LiMn₂O₄||石墨软包电池的容量保持率提高了44.4%。这些改进归因于TFMPI的优先吸附和氧化还原反应，它们促进了具有高杨氏模量的致密固体电解质/正极电解质界面层的形成。这些坚固的界面层稳定了正极结构，并显著抑制了Mn²⁺的溶解。本研究表明，TFMPI作为锂离子电池锰基正极的电解质添加剂具有巨大的潜力。