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LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂?(NCM)和LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂?(NCA)等富鎳層狀鋰過渡金屬氧化物是下一代長續航里程電動汽車用鋰離子電池中最有前途的候選材料之一。然而，在實際應用中，長期循環中存在的容量衰減和較差的安全性能等問題仍亟待解決。普遍認為構建穩定的正極-電解質界面(CEI)是提升材料循環穩定性和安全性的有效策略。然而，CEI往往會遭受電解液中碳酸酯電化學氧化分解所產生的自由基(如·CH₃、·OCH₃和·OCH=CH₂等)和循環中從材料晶格表面逸出的活性氧族物質的持續攻擊，從而表現得極不穩定。

CEI的這種不穩定性會導致材料結構退化和阻抗增加等一系列災難性后果，從而使材料的電化學性能和安全性能急劇下降。因此，迫切需要合理的表界面設計，構建穩定、堅固而均勻的CEI結構以解決循環穩定性和安全性的挑戰。

在此，華中科技大學黃云輝教授、韓建濤教授和方淳副教授等人將受阻胺類光穩定劑應用于表界面設計，在三元NCM811表面構建了一層保護性的抗氧化層以提升NCM的循環穩定性和安全性。得益于受阻胺類物質對自由基和單線氧的清除作用，因此NCM811表面形成一層穩定的超薄、均勻且致密的CEI，同時抑制了材料在循環中的表面和體相的結構退化。

因此，改進后的NCM展現出優異的性能，在全電池中循環1000圈后，容量保持率高達92%，此外，自生熱起始溫度T1也從75.2 ℃顯著提升到了114.2 ℃。

圖1. NCM-AA1的電化學性能

總之，該工作在LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM）顆粒的表面構建了抗氧化層。研究表明，抗氧化層通過清除自由基和單線態氧來穩定材料的本體和表面結構，導致更少的界面副反應、更少的活性氧釋放和抑制不可逆的巖鹽相變。因此，改性的NCM具有卓越的電化學性能，即使在全電池中循環1000次后，仍能保持92.0%的容量。

此外，由于穩定表面的構建和活性氧物種的消除，還可以實現更少的氣體釋放和更好的熱性能。因此，該工作在表面構建化學阻擋層的新策略不僅有效地提高了界面的結構穩定性，而且為氧氣引起的熱失控提供了可能的解決方案。

圖2. NCM-AA1正極的本體結構穩定性

Antioxidant layer enables chemically stable cathode-electrolyte interface towards durable and safe Li-ion batteries,?Energy Storage Materials 2023 DOI: 10.1016/j.ensm.2023.102872

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黃云輝/韓建濤/方淳EnSM：設計穩定正極-電解質界面實現耐用、安全的鋰離子電池

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