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一种高压锂离子电池的添加剂—三（三甲基硅烷）亚磷酸酯
2019-09-30
来源：转载自第三方
高压锂离子电池（LIB）由于其潜在的可成为电动汽车和混合动力汽车的高能量密度电池而获得广泛研究。电动汽车需要电池具有长循环寿命和高容量保持能力。目前，研究人员已经发现了一些高压正极材料，例如LNMO，NCM等。
高压正极材料的应用还需要配备更稳定的电解质，从而防止电解液中的溶剂在正极表面的大量分解导致电池性能降低。目前，存在两种解决方案，一是用砜，腈和离子液体代替常规电解质的碳酸酯溶剂，二是开发各种功能添加剂，例如三（三甲基硅烷）硼酸酯（TMSB）和三（三甲基硅烷）亚磷酸酯（TMSP）等。上述两种添加剂可在正极表面形成保护膜，从而实现锂离子电池在5V下的可逆的锂离子嵌入/脱离。
据现有的研究结果，TMSP可以直接与电解质中的HF分子反应，被认为是一种有前途的高压添加剂，已引起了研究人员的关注。他们发现TMSP可以改善锂电池在高压或高温下的循环性能。TMSP在正极表面形成保护膜，从而使电池表现出出色的高压循环稳定性和倍率性能。研究还发现，当将TMSP添加到含VC电解液的NCM333 /石墨电池时，其表现出比磷酸三（三甲基硅烷基）酯更好的电化学性能。
尽管TMSP作为LIB的高压添加剂已广为人知，但其背后的作用机理还未有明确阐释。Han等人通过密度泛函理论（DFT）的计算和实验解释了TMSP作为高压电解质添加剂，展现出色电化学性能的机理。首先，DFT计算表明，TMSP具有比EC较低的氧化电位，更容易氧化，从而在正极表面形成保护膜。实验结果表明，含有TMSP电解液的锂电池，相对于基准电解液表现更稳定的循环性能，且具有更高的库仑效率，平均库仑效率为99.7％，而不含TMSP电解液的锂电池则具有较低的平均库仑效率。SEM分析表明，即使经过50次循环，含有TMSP电解液的电极仍具有相对清洁的表面。这意味着TMSP可将电池中不利的化学/电化学反应降至最低，从而稳定电极的界面化学。
总之，TMSP作为LIB电解液添加剂具有出色的电化学性能，是由于其氧化电位比EC低，与HF的反应性较高。综合实验和理论计算结果，推测TMSP作为添加剂，可以除去电解液中的HF分子，在正极表面形成保护膜，并改善了电池性能，同时在阳极表面上没有副反应。
参考文献：
Y. Han, J. Yoo, T. Yim, DOI: 10.1039/c5ta01253h
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