注册 English

高压锂电池正极电解质界面研究进展

刘建东 ,  张志佳 ,  MikhailKamenskii ,  FilippVolkov ,  SvetlanaEliseeva ,  马建民

downloadPDF
引用本文: 刘建东, 张志佳, MikhailKamenskii, FilippVolkov, SvetlanaEliseeva, 马建民. 高压锂电池正极电解质界面研究进展[J]. 物理化学学报, 2025, 41(2): 230804. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308048 shu
Citation:  Jiandong Liu, Zhijia Zhang, Kamenskii Mikhail, Volkov Filipp, Eliseeva Svetlana, Jianmin Ma. Research Progress on Cathode Electrolyte Interphase in High-Voltage Lithium Batteries[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2025, 41(2): 230804. doi: 10.3866/PKU.WHXB202308048 shu

高压锂电池正极电解质界面研究进展

  • 1.

    天津工业大学化学学院, 天津 300387

  • 2.

    湖南大学物理与微电子科学学院, 长沙 410022

  • 3.

    天津工业大学材料科学与工程学院, 天津 300387

  • 4.

    Institute of Chemistry, Saint Petersburg State University, Saint Petersburg 199034, Russia

    • 通讯作者: 马建民,
  • 基金项目:

    国家自然科学基金 U21A20311

摘要: 提高电池的截止电压上限可以显著提升锂电池的能量密度。然而，高截止电压也会导致正极材料在高压下发生不可逆相变和副反应，从而损害电池性能。为了解决这一问题，建立一个稳定的正极电解质界面(CEI)在提高电池性能方面起到了关键作用。本文探讨了CEI的形成机制，并概述了构建CEI的方法，包括人工构建CEI和原位生成CEI。此外，从电解质的角度出发，我们还展望了构建高压正极CEI的设计思路。

English

    1. [1]

      Goodenough J. B., Park K. -S. J. Am. Chem. Soc, 2013, 135, 1167 doi: 10.1021/ja3091438

    2. [2]

      Jia H., Xu W. Trends Chem, 2022, 4, 627 doi: 10.1016/j.trechm.2022.04.010

    3. [3]

      Wu Y., Liu X., Wang L., Feng X., Ren D., Li Y., Rui X., Wang Y., Han X. Xu G. -L., et al. Energy Storage Mater, 2021, 37, 77 doi: 10.1016/j.ensm.2021.02.001

    4. [4]

      Pham H. Q., Chung G. J., Han J., Hwang E. -H., Kwon Y. -G., Song S. -W. J. Chem. Phys, 2020, 152, 094709 doi: 10.1063/1.5144280

    5. [5]

      Zhang J. Wang P. -F., Bai P., Wan H., Liu S., Hou S., Pu X., Xia J., Zhang W., Wang Z., et al. Adv. Mater, 2022, 34, 2108353 doi: 10.1002/adma.202108353

    6. [6]

      Li W., Song B., Manthiram A. Chem. Soc. Rev, 2017, 46, 3006 doi: 10.1039/C6CS00875E

    7. [7]

      Kong D., Hu J., Chen Z., Song K., Li C., Weng M., Li M., Wang R., Liu T., Liu J., et al. Adv. Energy Mater, 2019, 9, 1901756 doi: 10.1002/aenm.201901756

    8. [8]

      Ren X., Chen S., Lee H., Mei D., Engelhard M. H., Burton S. D., Zhao W., Zheng J., Li Q. Ding M. S., et al. Chem, 2018, 4, 1877 doi: 10.1016/j.chempr.2018.05.002

    9. [9]

      Song S. H., Cho M., Park I., Yoo J. -G., Ko K. -T., Hong J., Kim J. Jung S. -K., Avdeev M., Ji S., et al. Adv. Energy Mater, 2020, 10, 2000521 doi: 10.1002/aenm.202000521

    10. [10]

      Piao Z., Gao R., Liu Y., Zhou G., Cheng H. -M. Adv. Mater., 2023, 35, 2206009 doi: 10.1002/adma.202206009

    11. [11]

      Qin Y., Cheng H., Zhou J., Liu M., Ding X., Li Y., Huang Y., Chen Z., Shen C., Wang D., et al. Energy Storage Mater, 2023, 57, 411 doi: 10.1016/j.ensm.2023.02.022

    12. [12]

      Sun H. H., Kim U. -H., Park J. -H., Park S. -W., Seo D. -H., Heller A., Mullins C. B., Yoon C. S., Sun Y. -K. Nat. Commun, 2021, 12, 6552 doi: 10.1038/s41467-021-26815-6

    13. [13]

      Zhou K., Xie Q., Li B., Manthiram A. Energy Storage Mater, 2021, 34, 229 doi: 10.1016/j.ensm.2020.09.015

    14. [14]

      Li J., Li W., Wang S., Jarvis K., Yang J., Manthiram A. Chem. Mater, 2018, 30, 3101 doi: 10.1021/acs.chemmater.8b01077

    15. [15]

      Xie Q., Li W., Dolocan A., Manthiram A. Chem. Mater, 2019, 31, 8886 doi: 10.1021/acs.chemmater.9b02916

    16. [16]

      Nisar U., Muralidharan N., Essehli R., Amin R., Belharouak I. Energy Storage Mater, 2021, 38, 309 doi: 10.1016/j.ensm.2021.03.015

    17. [17]

      Woo S. U., Yoon C. S., Amine K., Belharouak I., Sun Y. K. J. Electrochem. Soc, 2007, 154, A1005 doi: 10.1149/1.2776160

    18. [18]

      Ahmed B., Xia C., Alshareef H. N. Nano Today, 2016, 11, 250 doi: 10.1016/j.nantod.2016.04.004

    19. [19]

      Li W., Liu X., Celio H., Smith P., Dolocan A., Chi M., Manthiram A. Adv. Energy Mater, 2018, 8, 1703154 doi: 10.1002/aenm.201703154

    20. [20]

      You Y., Celio H., Li J., Dolocan A., Manthiram A. Angew. Chem. Int. Ed, 2018, 57, 6480 doi: 10.1002/anie.201801533

    21. [21]

      Gao S., Zhan X., Cheng Y. -T. J. Power Sources, 2019, 410-411, 45. doi: 10.1016/j.jpowsour.2018.10.094

    22. [22]

      Shu Y., Xie Y., Yan W., Meng S., Sun D., Jin Y., Xiang L. Ceramics Int, 2020, 46, 14840 doi: 10.1016/j.ceramint.2020.03.009

    23. [23]

      Mou J., Deng Y., He L., Zheng Q., Jiang N., Lin D. Electrochim. Acta, 2018, 260, 101 doi: 10.1016/j.electacta.2017.11.059

    24. [24]

      Cao G., Jin Z., Zhu J., Li Y., Xu B., Xiong Y., Yang J. J. Alloys Compd, 2020, 832, 153788 doi: 10.1016/j.jallcom.2020.153788

    25. [25]

      Zhang Z., Yang J., Huang W., Wang H., Zhou W., Li Y., Li Y., Xu J., Huang W., Chiu W., et al. Matter, 2021, 4, 302 doi: 10.1016/j.matt.2020.10.021

    26. [26]

      Chen D., Mahmoud M. A., Wang J. -H., Waller G. H., Zhao B., Qu C., El-Sayed M. A., Liu M. Nano Lett, 2019, 19, 2037 doi: 10.1021/acs.nanolett.9b00179

    27. [27]

      Wang S., Dai A., Cao Y., Yang H., Khalil A., Lu J., Li H., Ai X. J. Mater. Chem. A, 2021, 9, 11623 doi: 10.1039/D1TA02563E

    28. [28]

      Thomas M. G. S. R., Bruce P. G., Goodenough J. B. J. Electrochem. Soc, 1985, 132, 1521 doi: 10.1149/1.2114158

    29. [29]

      Kanamura K., Toriyama S., Shiraishi S., Ohashi M., Takehara Z. -I. J. Electroanal. Chem, 1996, 419, 77 doi: 10.1016/S0022-0728(96)04862-0

    30. [30]

      Zhou Q., Ma J., Dong S., Li X., Cui G. Adv. Mater, 2019, 31, 1902029 doi: 10.1002/adma.201902029

    31. [31]

      Aikens D. A. J. Chem. Edu, 1983, 60, A25 doi: 10.1021/ed060pA25.1

    32. [32]

      Fang S., Jackson D., Dreibelbis M. L., Kuech T. F., Hamers R. J. J. Power Sources, 2018, 373, 184 doi: 10.1016/j.jpowsour.2017.09.050

    33. [33]

      Zhang J. -N., Li Q., Wang Y., Zheng J., Yu X., Li H. Energy Storage Mater, 2018, 14, 1 doi: 10.1016/j.ensm.2018.02.016

    34. [34]

      Zhang Z., Qin C., Wang K., Han X., Li J., Sui M., Yan P. J. Energy Chem, 2023, 81, 192 doi: 10.1016/j.jechem.2023.01.046

    35. [35]

      Zhou Y. -N., Ma J., Hu E., Yu X., Gu L., Nam K. -W., Chen L., Wang Z., Yang X. -Q. Nat. Commun, 2014, 5, 5381 doi: 10.1038/ncomms6381

    36. [36]

      Chen M., Wang W., Shi Z., Liu Z., Shen C. Appl. Surf. Sci, 2022, 600, 154119 doi: 10.1016/j.apsusc.2022.154119

    37. [37]

      Tallman K. R., Wheeler G. P., Kern C. J., Stavitski E., Tong X., Takeuchi K. J., Marschilok A. C., Bock D. C., Takeuchi E. S. J. Phys. Chem. C, 2021, 125, 58 doi: 10.1021/acs.jpcc.0c08095

    38. [38]

      Yang Y., Wang H., Zhu C., Ma J. Angew. Chem. Int. Ed, 2023, 62, e202300057 doi: 10.1002/anie.202300057

    39. [39]

      Liu J., Wu M., Li X., Wu D., Wang H., Huang J., Ma J. Adv. Energy Mater, 2023, 13, 2300084 doi: 10.1002/aenm.202300084

    40. [40]

      Frisch M. J., Trucks G. W., Schlegel H. B., Scuseria G. E., Robb M. A., Cheeseman J. R., Scalmani G., Barone V. Petersson G. A., Nakatsuji H., et al. Gaussian 16 Rev. B.01, Wallingford, CT, 2016.

    41. [41]

      Neese F. WIREs Comput. Mol. Sci, 2018, 8, e1327 doi: 10.1002/wcms.1327

    42. [42]

      Perdew J. P., Burke K., Ernzerhof M. Phys. Rev. Lett, 1996, 77, 3865 doi: 10.1103/PhysRevLett.77.3865

    43. [43]

      Hutter J., Iannuzzi M., Schiffmann F., VandeVondele J. WIREs Comput. Mol. Sci, 2014, 4, 15 doi: 10.1002/wcms.1159

    44. [44]

      Fan X., Chen L., Borodin O., Ji X., Chen J., Hou S., Deng T., Zheng J., Yang C. Liou S. -C., et al. Nat. Nanotechnol, 2018, 13, 715 doi: 10.1038/s41565-018-0183-2

    45. [45]

      Li X., Liu J., He J., Wang H., Qi S., Wu D., Huang J., Li F., Hu W., Ma J. Adv. Funct. Mater, 2021, 31, 2104395 doi: 10.1002/adfm.202104395

    46. [46]

      Kim S. C., Oyakhire S. T., Athanitis C., Wang J., Zhang Z., Zhang W., Boyle D. T. Kim M. S., Yu Z., Gao X., et al. Proc. Natl. Acad. Sci, 2023, 120, e2214357120 doi: 10.1073/pnas.2214357120

    47. [47]

      Zhao L., Chen G., Weng Y., Yan T., Shi L., An Z., Zhang D. Chem. Eng. J, 2020, 401, 126138 doi: 10.1016/j.cej.2020.126138

    48. [48]

      Qiao Y., Zhou Z., Chen Z., Du S., Cheng Q., Zhai H., Fritz N. J., Du Q., Yang Y. Nano Energy, 2018, 45, 68 doi: 10.1016/j.nanoen.2017.12.036

    49. [49]

      Wu Z., Li R., Zhang S., lv L., Deng T., Zhang H., Zhang R., Liu J., Ding S., Fan L., et al. Chem, 2023, 9, 650 doi: 10.1016/j.chempr.2022.10.027

    50. [50]

      Li X., Zhang K., Mitlin D., Paek E., Wang M., Jiang F., Huang Y., Yang Z., Gong Y., Gu L., et al. Small, 2018, 14, 1802570 doi: 10.1002/smll.201802570

    51. [51]

      Bai Y., Jiang K., Sun S., Wu Q., Lu X., Wan N. Electrochim. Acta, 2014, 134, 347 doi: 10.1016/j.electacta.2014.04.155

    52. [52]

      Yao L., Liang F., Jin J., Chowdari B. V. R., Yang J., Wen Z. Chem. Eng. J, 2020, 389, 124403 doi: 10.1016/j.cej.2020.124403

    53. [53]

      Gao X. -W., Deng Y. -F., Wexler D., Chen G. -H., Chou S. -L., Liu H. -K., Shi Z. -C., Wang J. -Z. J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 404 doi: 10.1039/C4TA04018J

    54. [54]

      Ding J. -F., Xu R., Yao N., Chen X., Xiao Y., Yao Y. -X., Yan C., Xie J., Huang J. -Q. Angew. Chem. Int. Ed, 2021, 60, 11442 doi: 10.1002/anie.202101627

    55. [55]

      Wang Z., Zhu C., Liu J., Hu X., Yang Y., Qi S., Wang H., Wu D., Huang J., He P., et al. Adv. Funct. Mater, 2023, 33, 2212150 doi: 10.1002/adfm.202212150

    56. [56]

      Huang J., Liu J., He J., Wu M., Qi S., Wang H., Li F., Ma J. Angew. Chem. Int. Ed, 2021, 60, 20717 doi: 10.1002/anie.202107957

    57. [57]

      Jiang G., Liu J., Wang Z., Ma J. Adv. Funct. Mater, 2023, 2300629. doi: 10.1002/adfm.202300629

    58. [58]

      Rath P. C., Wang Y. -W., Patra J., Umesh B., Yeh T. -J., Okada S., Li J., Chang J. -K. Chem. Eng. J, 2021, 415, 128904 doi: 10.1016/j.cej.2021.128904

    59. [59]

      Zheng X., Liao Y., Zhang Z., Zhu J., Ren F., He H., Xiang Y., Zheng Y., Yang Y. J. Energy Chem, 2020, 42, 62 doi: 10.1016/j.jechem.2019.05.023

    60. [60]

      Etacheri V., Haik O., Goffer Y., Roberts G. A., Stefan I. C., Fasching R., Aurbach D. Langmuir, 2012, 28, 965 doi: 10.1021/la203712s

    61. [61]

      Xia J., Petibon R., Xiao A., Lamanna W. M., Dahn J. R. J. Electrochem. Soc, 2016, 163, A1637 doi: 10.1149/2.0831608jes

    62. [62]

      Fan X., Wang C. Chem. Soc. Rev, 2021, 50, 10486 doi: 10.1039/D1CS00450F

    63. [63]

      Xu N., Shi J., Liu G., Yang X., Zheng J., Zhang Z., Yang Y. J. Power Sources Adv, 2021, 7, 100043 doi: 10.1016/j.powera.2020.100043

    64. [64]

      Wang T., Rao L., Jiao X., Choi J., Yap J., Kim J. -H. ACS Appl. Energy Mater, 2022, 5, 7346 doi: 10.1021/acsaem.2c00861

    65. [65]

      Song Y., Mao Q., Li Q., Huang Z., Wan Y., Hong B., Zhong Q. ACS Appl. Energy Mater, 2023, 6, 4271 doi: 10.1021/acsaem.3c00196

    66. [66]

      Wu F., Schür A. R. Kim G. -T., Dong X., Kuenzel M., Diemant T., D'Orsi G., Simonetti E., De Francesco M., Bellusci M., et al. Energy Storage Mater, 2021, 42, 826 doi: 10.1016/j.ensm.2021.08.030

    67. [67]

      Xu M., Liu Y., Li B., Li W., Li X., Hu S. Electrochem. Commun, 2012, 18, 123 doi: 10.1016/j.elecom.2012.02.037

    68. [68]

      Pham T. D., Faheem A. B., Kim J., Kwak K., Lee K. -K. Electrochim. Acta, 2023, 142496. doi: 10.1016/j.electacta.2023.142496

    69. [69]

      Winter E., Briccola M., Schmidt T. J., Trabesinger S. Appl. Res, 2022, e202200096. doi: 10.1002/appl.202200096

    70. [70]

      Ma Q., Zhang X., Wang A., Xia Y., Liu X., Luo J. Adv. Funct. Mater, 2020, 30, 2002824 doi: 10.1002/adfm.202002824

    71. [71]

      Yang Y. -P., Jiang J. -C., Huang A. -C., Tang Y., Liu Y. -C., Xie L. -J., Zhang C. -Z., Wu Z. -H., Xing Z. -X., Yu F. Process Saf. Environ. Prot, 2022, 160, 80 doi: 10.1016/j.psep.2022.02.018

    72. [72]

      Zhang C. -M., Li F., Zhu X. -Q., Yu J. -G. Molecules, 2022, 27, 3107; doi: 103390/molecules27103107

    73. [73]

      Li Y., Li W., Shimizu R., Cheng D., Nguyen H., Paulsen J., Kumakura S., Zhang M., Meng Y. S. Adv. Energy Mater, 2022, 12, 2103033 doi: 10.1002/aenm.202103033

    74. [74]

      Martinez A. C., Rigaud S., Grugeon S., Tran-Van P., Armand M., Cailleu D., Pilard S., Laruelle S. Electrochim. Acta, 2022, 426, 140765 doi: 10.1016/j.electacta.2022.140765

    75. [75]

      Fu A., Lin J., Zhang Z., Xu C., Zou Y., Liu C., Yan P., Wu D. -Y., Yang Y., Zheng J. ACS Energy Lett, 2022, 7, 1364 doi: 10.1021/acsenergylett.2c00316

    76. [76]

      Xu M., Zhou L., Dong Y., Chen Y., Garsuch A., Lucht B. L. J. Electrochem. Soc, 2013, 160, A2005 doi: 10.1149/2.053311jes

    77. [77]

      Xu M., Zhou L., Dong Y., Chen Y., Demeaux J., MacIntosh A. D., Garsuch A., Lucht B. L. Energy Environ. Sci, 2016, 9, 1308 doi: 10.1039/C5EE03360H

    78. [78]

      Yang X., Lin M., Zheng G., Wu J., Wang X., Ren F., Zhang W., Liao Y., Zhao W., Zhang Z., et al. Adv. Funct. Mater, 2020, 30, 2004664 doi: 10.1002/adfm.202004664

    79. [79]

      Liu F., Zhang Z., Yu Z., Fan X., Yi M., Bai M., Song Y., Mao Q., Hong B., Zhang Z., et al. Chem. Eng. J, 2022, 434, 134745 doi: 10.1016/j.cej.2022.134745

    80. [80]

      Zhang Q. -K., Zhang X. -Q., Wan J., Yao N., Song T. -L., Xie J., Hou L. -P., Zhou M. -Y., Chen X. Li B. -Q., et al. Nat. Energy, 2023, 8, 725 doi: 10.1038/s41560-023-01275-y

  • 加载中
WeChat 扫一扫看文章
计量
  • PDF下载量:  5
  • 文章访问数:  203
  • HTML全文浏览量:  22
文章相关
  • 发布日期:  2025-02-15
  • 收稿日期:  2023-08-30
  • 接受日期:  2023-10-30
  • 修回日期:  2023-10-06
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章

All Rights Reserved by the Chinese Chemical Society   中国化学会 版权所有 京ICP备05002797号

本系统由北京仁和汇智信息技术有限公司开发    技术支持: info@rhhz.net