KAIST-现代汽车等联合研究结果
寿命提高30%至50%
韩国国内研究团队开发出一种可大幅延长硅-镍材料锂离子二次电池寿命的电解液添加剂。
韩国科学技术院（KAIST）19日表示，Choi Namsun 生命化学工程系研究团队与Kwak Sanggyu 高丽大学教授团队、Hong Sungyu 蔚山科学技术院（UNIST）教授团队、现代汽车、韩国化学研究院联合研究，开发出一项电解液添加剂技术，可使由高容量硅基负极和富镍正极构成的锂离子二次电池在室温及高温下实现长寿命运行。
要实现一次充电即可行驶500公里以上的电动汽车，高容量、高能量密度二次电池的开发至关重要。为此，具有高可逆容量的富镍正极，以及容量约为石墨10倍的硅负极材料，正受到作为下一代锂离子电池材料的关注。然而，现有电解液添加剂研究多通过对既有物质的筛选方法，经反复试错开发而成，耗费大量时间和成本，难以及时响应新型电极材料的需求，这一直是其局限所在。
研究团队开发的电解液添加剂，可在硅基负极和富镍正极的低温、室温及高温条件下提升其可逆性，从而解决因电池充放电次数增加而导致容量急剧衰减的问题，是一项全新的技术。研究团队从电解液添加剂设计的初始阶段起，就以目标正极和负极为对象，通过分子工程手段组合与之相匹配的官能团，成功完成了添加剂的设计与合成。所设计的电解液添加剂通过电子受体与电子供体基团的电化学反应，在高容量硅基负极及富镍正极表面形成固体电解质界面膜，大幅提升了电池在室温及高温条件下的寿命。
该项开发技术采用的并非一般实验室水平的电极，而是使用了满足企业要求、具有高压实密度的硅基负极和富镍正极。其意义在于，一方面实现了电池在低温、室温及高温下的长寿命运行，另一方面为以低成本实现效率最大化的电解液添加剂设计指明了方向。
本论文的共同第一作者、KAIST 生命化学工程系研究员 Moon Hyungyu 表示：“所开发的电解液添加剂可形成耐热性和柔韧性优异的电极界面层，使由硅基负极和富镍正极构成的电池在电动车工作温度45摄氏度下反复充放电300次后，仍可保持初始容量的72.5%。与现有使用的添加剂乙烯基碳酸酯（Vinylene Carbonate，VC）和氟代乙烯碳酸酯（Fluoroethylene Carbonate，FEC）相比，分别提升了54%和38%，有效抑制了因硅负极体积变化引起的电池劣化，即便在稀电解液条件下也同样表现出良好效果。”
Choi Namsun 教授表示：“该技术是在量产水平电极负载条件下，从低温到高温均能形成温度耐久性出色的电极界面层的世界顶尖电解液添加剂技术，有望应用于电动车电池等领域。”
本研究成果已于本月4日在线发表于国际学术期刊《Advanced Functional Materials》（《先进功能材料》）。论文题目为：Elastic Interfacial Layer Enabled the High-Temperature Performance of Lithium-Ion Batteries via Utilization of Synthetic Fluorosulfate Additive（通过合成氟代硫酸盐添加剂构建弹性界面层提升锂离子电池高温性能）。
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