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單晶正極材料通過減少材料表面和相界來提供比多晶正極材料更高的容量保持率，這引起了廣泛的興趣。然而，單晶LiCoO₂在充電到高電壓(4.6 V)時會由于Co元素溶解和O損失、裂紋形成和隨后的電解液滲透，遭受嚴重的結構不穩定性和容量衰減。

美國馬里蘭大學王春生、Jijian Xu等通過在全氟化電解液中形成堅固的正極電解質界面相(CEI)，以防止元素溶解和電解液滲透，從而保護了單晶LiCoO₂正極中沿(003)平面的可逆平面滑動。

圖1 單晶LiCoO₂的電化學性能

專門設計的全氟化電解液（1 M LiPF₆ +2wt% TMSB -FEC/FEMC/TTE，表示為AFTB）形成了堅固的富含無機物的CEI，將氧化電位擴展到5.5 V。單晶LiCoO₂正極在AFTB電解液中循環時表現出優異的循環穩定性，在LiCoO₂//Li半電池中實現了99.85%的高庫侖效率(CE)。

制備的4.5 V高負載 (4 mAh/cm²) LiCoO₂//石墨全電池提供了430 W h/kg 的能量密度（基于正極和負極活性材料），并具有出色的循環穩定性，循環500次后容量保持率為80%。

圖2 CEI表征

TEM、飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）和XPS協同表征證實，在AFTB電解液中循環的LiCoO₂正極上形成了堅固、致密且薄的CEI 層。該CEI層由B-、Si-化合物和富含F的無機成分組成。設計的CEI層有利于正極的表面結構穩定性，在高截止電壓下保持體結構穩定性，并抑制Co/O元素的溶解。

此外，該CEI層可使單晶LiCoO₂正極在4.5-4.6 V的高壓下實現可逆的平面滑動和微裂紋。這項工作證明，即使在高截止電壓下，穩定的CEI也有利于正極材料的結構穩定性，為高性能正極材料的設計提供了一條途徑。

圖3 單晶LiCoO₂//石墨全電池的電化學性能

Interfacial Design for 4.6 V High-Voltage Single-Crystalline LiCoO2 Cathode. Advanced Materials 2021. DOI: 10.1002/adma.202108353

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馬里蘭大學王春生等AM：全氟化電解液穩定4.6 V高壓單晶LiCoO2正極

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