弗吉尼亞理工大學(xué)固態(tài)電池新突破，CHEMFISH關(guān)鍵添加劑提供重要支撐
弗吉尼亞理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近日在《ACS 應(yīng)用材料與界面》發(fā)表重要成果，其開發(fā)的分子離子復(fù)合（MIC）聚合物電解質(zhì)通過引入湖南嘉航東京分公司CHEMFISH TOKYO的功能性添加劑 LiDFBOP（二氟雙草酸磷酸鋰），成功解決了高壓鋰電池中電極 - 電解質(zhì)界面穩(wěn)定性難題，為下一代高能量密度固態(tài)電池的商業(yè)化應(yīng)用開辟了新路徑。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.5c04566
高壓電池技術(shù)瓶頸：界面穩(wěn)定性挑戰(zhàn)
隨著新能源汽車和儲能技術(shù)對高能量密度電池的需求日益迫切，高壓層狀氧化物正極（如 NMC811）與金屬鋰負(fù)極的組合成為研究熱點(diǎn)。然而，傳統(tǒng)聚合物電解質(zhì)在高壓下易發(fā)生分解，導(dǎo)致界面副反應(yīng)和鋰枝晶生長，嚴(yán)重影響電池循環(huán)壽命和安全性。弗吉尼亞理工大學(xué)化學(xué)系 Feng Lin 教授團(tuán)隊(duì)提出的 MIC 電解質(zhì)體系，通過剛性棒狀離子聚合物 PBDT 與離子液體、鋰鹽及功能添加劑的協(xié)同作用，構(gòu)建了具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度和電化學(xué)穩(wěn)定性的一體化電解質(zhì)膜。
CHEMFISH LiDFBOP：界面優(yōu)化的 “核心引擎”
在該研究中，CHEMFISH 提供的 LiDFBOP 添加劑扮演了關(guān)鍵角色：
- 界面鈍化作用：LiDFBOP 在電極表面分解形成富含 Li?N 和含硫化合物的穩(wěn)定鈍化層，有效抑制了高壓下電解質(zhì)的氧化降解。X 射線光電子能譜（XPS）分析顯示，使用含 LiDFBOP 的 gen 2 MIC 電解質(zhì)后，NMC811 正極表面形成了均勻的保護(hù)膜，顯著降低了界面阻抗。
- 離子傳輸調(diào)控：LiDFBOP 與溶劑環(huán)丁砜（SL）協(xié)同作用，優(yōu)化了離子液體中的溶劑化結(jié)構(gòu)，使 gen 2 MIC 電解質(zhì)的離子電導(dǎo)率在 60℃下達(dá)到 3.21 mS cm?1，較前代體系提升 31%。
- 循環(huán)性能提升：在 NMC811||Li 金屬電池中，搭載 gen 2 MIC 電解質(zhì)的電池實(shí)現(xiàn)了 212 mAh g?1 的初始放電比容量，100 次循環(huán)后容量保持率達(dá) 93%（2.8-4.4 V，C/3，60℃），遠(yuǎn)優(yōu)于未添加 LiDFBOP 的體系。
技術(shù)突破：從材料設(shè)計(jì)到性能躍升
研究團(tuán)隊(duì)通過分子設(shè)計(jì)構(gòu)建了 “第二代 MIC（gen 2 MIC）” 體系，其創(chuàng)新點(diǎn)在于：
- 多組分協(xié)同效應(yīng)：將 7.5% PBDT 聚合物、7.5% LiTFSI、60% 離子液體 Pyr??TFSI、22.5% 環(huán)丁砜與 2.5% LiDFBOP 復(fù)合，形成自支撐電解質(zhì)膜，無需額外液態(tài)電解質(zhì)。
- 寬溫穩(wěn)定性：熱重分析（TGA）顯示，gen 2 MIC 在 400℃以下僅有 20% 質(zhì)量損失，結(jié)合動態(tài)機(jī)械熱分析（DMTA）測得的 6.3 MPa 拉伸強(qiáng)度和 450 MPa 彈性模量，滿足實(shí)際電池封裝要求。
- 界面化學(xué)調(diào)控：LiDFBOP 分解產(chǎn)生的磷基化合物與 TFSI?分解的 Li?N 協(xié)同，形成離子傳導(dǎo)通道，同時抑制鋰枝晶生長，使 Li||Li 對稱電池在 0.3 mA cm?2 電流密度下穩(wěn)定循環(huán) 500 小時。
產(chǎn)業(yè)前景：推動固態(tài)電池商業(yè)化進(jìn)程
該研究成果不僅為高壓鋰電池提供了新型電解質(zhì)解決方案，更凸顯了功能性添加劑在電化學(xué)界面工程中的關(guān)鍵價值。CHEMFISH 的 LiDFBOP 作為高純度功能鹽（純度≥99.9%，水含量≤500 ppm），其可控的分解行為和界面修飾能力為電解質(zhì)材料設(shè)計(jì)提供了標(biāo)準(zhǔn)化原料支撐。
Feng Lin 教授指出：“MIC 電解質(zhì)體系的優(yōu)勢在于其可定制化的分子設(shè)計(jì)框架，而 CHEMFISH 的高性能添加劑為我們實(shí)現(xiàn)界面穩(wěn)定性與離子傳導(dǎo)性的平衡提供了關(guān)鍵支撐。這一技術(shù)有望在電動汽車、航空航天等領(lǐng)域的高能量密度電池中獲得應(yīng)用?！?/p>
目前，研究團(tuán)隊(duì)已就相關(guān)技術(shù)申請專利（申請?zhí)?63/734,312），并計(jì)劃與電池企業(yè)合作推進(jìn)中試。隨著固態(tài)電池產(chǎn)業(yè)鏈的完善，CHEMFISH 等材料供應(yīng)商的核心原料將在下一代電池技術(shù)突破中發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。
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