本报讯  近日，中国科大化学与材料科学学院曹瑞国团队在锂金属电池领域取得重要进展，系统地研究了高压过渡金属氧化物正极界面层的形成和演化过程，并为合理设计高压锂金属电池电解液提供了新思路。相关成果发表在期刊Joule上。

研究基于双氟磺酰基酰亚胺锂盐（LiFSI）和两种结构相似的醚溶剂（强溶剂化的DME和弱溶剂化的1,2-二甲氧基丙烷（DMP））组成的模型电解液体系（LiFSI-4DME 和 LiFSI-4DMP），来揭示高压LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2(NMC811) 正极上CEI的形成和动态演变过程。通过cryo-EM发现，在循环初期（20圈），LiFSI-4DME和LiFSI-4DMP电解液中的初始CEI呈现出马赛克结构，极少量的无机纳米晶体分散在非晶态基质中，组分以有机物和含碳无机物为主，因此称为溶剂衍生CEI。

接着对长循环后的CEI的组成和结构进行了表征，以探究CEI在循环过程中的演变过程。结果表明，经过200次循环后，由溶剂衍生的CEI逐渐演变为阴离子衍生的CEI，主要由FSI-分解生成的结晶性和非晶态的LiF构成。在此阶段，嵌入在CEI中的LiF纳米晶体的尺寸和形貌决定了CEI结构和界面特征。在DME基电解液中，大的LiF晶体颗粒堆积导致了孤立的、不连续的CEI结构的形成，无法对高压正极表面进行有效的钝化。而在DMP基电解液中，CEI中生长的LiF纳米晶体尺寸更小，且分布均匀，从而形成致密且共形的镶嵌结构CEI。这种共形CEI可以显著抑制低浓度醚电解液的氧化分解并提高其高压稳定性。

图 长循环后的CEI结构

基于上述发现，研究团队通过更多的界面表征技术（X射线光电子能谱和同步辐射软X射线吸收谱等）和理论计算，进一步分析了CEI中LiF的形成机制和界面结构对于高压正极性能的影响。这一研究为理解CEI的纳米结构演变和高压正极界面结构设计提供了新思路。

本文的通讯作者为中国科大化学与材料科学学院曹瑞国教授、焦淑红教授，共同通讯作者包括东方理工大学谷猛教授和苏州大学程涛教授，第一作者为中国科大博士毕业研究生陈亚威、东方理工大学李梦浩博士、中国科大博士毕业研究生揭育林和苏州大学刘越博士。

（化学与材料科学学院 科研部）