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具有高能量密度的富鋰層狀氧化物（LR）是很有前途的正極材料，其關鍵問題是在高電壓下晶格氧的釋放以及造成的電解液分解、晶體結構的不可逆相變、容量退化和電壓衰減。因此，捕獲活性氧并通過清除效應進一步構建正極-電解液界面（CEI）保護層是解決這些問題的基本步驟。

在此，廈門大學董全峰教授、鄭明森教授等人選擇β-胡蘿卜素（C₄₀H₅₆）作為清除分子并將其添加到電解液中，以捕獲第一次高壓充電產生的活性氧物種，然后通過原位清除作用構建多功能CEI。具體而言，β-胡蘿卜素具有淬滅單線態氧和清除氧自由基的作用，其抗氧化特性能夠有效清除LR首次充電時產生的活性氧，抑制碳酸鹽電解液在高壓下的分解。

此外，β-胡蘿卜素添加劑可在≈4.5 V被氧化，形成一種特殊且穩定的雙層CEI，外層有機成分較多，內層無機成分占主導地位，有效保持表面和晶體結構的穩定性。

圖1. 基于不同電解液的LR正極的性能對比

因此，受益于上述優勢，含β-胡蘿卜素電解液的LR正極在1 C時200次循環后的容量保持率達到93.4%，而在對照電解液系統中僅為為62.5%。此外，正極電壓衰減也得到抑制，電壓保持率也可以達到90%。

更重要的是，DSC結果表明，含β-胡蘿卜素的電解液表現出優異的熱力學穩定性，保證了LR基電池的安全性能。這項研究為開發不含雜原子的新型電解液添加劑提供了思路，實現了LR正極的長壽命循環和高熱穩定性，促進了高能量密度鋰離子電池的實際應用。

圖2. 不同電解液體系的熱穩定性分析

An Active-Oxygen-Scavenging Oriented Cathode-Electrolyte-Interphase for Long-Life Lithium-Rich Cathode Materials, Small 2021. DOI: 10.1002/smll.202106072

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廈大董全峰/鄭明森Small：β-胡蘿卜素捕獲活性氧實現長壽命富鋰正極

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