正极Ni2+溶解对石墨SEI的影响|能源学人

第十一滴水 2022-05-26 发布于广东

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第5期直播会议（嘉宾：赵卫民教授）：高能锂电池电解液研究与进展

过渡金属离子，如Ni²⁺、Mn²⁺，从层状结构的富镍正极中溶解会迁移到负极侧，加剧锂离子电池（LIBs）的电化学极化和容量退化。研究Ni物种对阳极上固体电解质界面(SEI)的影响和分布对于了解这种情况下LIB的失效机制至关重要，但由于SEI的复杂结构，很少有工作报道。在此，作者使用飞行时间二次离子质谱(TOF-SIMS)技术与多变量数据分析(MVA)相结合，直观地表征SEI中Ni物种的分布。

飞行时间二次离子质谱与多变量曲线分辨率分析相结合，用于研究Ni物种对固体电解质界面(SEI)的影响和分布。

【本文亮点】

1. 本研究结合TOF-SIMS和MVA分析，综合研究了石墨电极上SEI膜的结构和SEI中溶解Ni的分布。作者发现，在EC基电解质中，石墨电极上的SEI呈现出多层结构。在形成循环后，与LiPF₆盐相关的分解产物，如磷酸盐、氟磷酸盐和LiF，主要存在于SEI的外层和中间层中。含有C、H和O元素的有机物质连续分布在SEI体中。

2. LiNi_0.88Co_0.08Mn_0.04O₂ (NCM88)/石墨全电池加速老化50次循环后，电解液中溶解的Ni浓度达到约690 ppm。在NCM88/石墨全电池循环后，SEI外层仍以磷酸盐和氟磷酸盐为主，但以无机LiF产物为主的层范围明显扩大。SEI结构的这种演变被认为与电解质中磷酸盐、氟磷酸盐和LiF物质的不同溶解度有关。

3. 通过TOF-SIMS 3D数据的多元曲线分辨率分析，作者发现石墨上SEI中溶解的镍和有机物质之间具有强相关性。这表明Ni²⁺与有机成分中的Li⁺发生离子交换反应，这也被证明是SEI电阻率增加的主要原因。因此，作者认为SEI中的有机物可以作为锂离子的导电网络。

Hanying Xu, Zhanping Li, Tongchao Liu, Ce Han, Chong Guo, he Zhao, Qin Li, Jun Lu, Khalil Amine, Xinping Xiu, Impact of Dissolved Ni²⁺ on Solid Electrolyte Interphase of Graphite Anode, Angewandte Chemie International Edition, 2022, https:///10.1002/anie.202202894