近日，biwn必赢乔羽教授课题组利用电化学原位红外表征技术，首次观测并揭示多孔正极表界面动态演化。相关成果以“Revealing the Dynamic Evolution of Electrolyte Configuration on the Cathode-Electrolyte Interface by Visualizing (De)Solvation Processes”为题发表在Angewandte Chemie International Edition上（Doi: 10.1002/anie.202412214）。
在高压锂离子电池的研究中，电解液工程在改善正极表面钝化层（CEI）性能和提升电池整体性能方面起着至关重要的作用。然而，多数电解液改性方法通常专注于优化体相结构，常常忽略正极-电解液界面的动态变化。事实上，在充放电过程中界面电解液物种的分解直接影响CEI组分及结构，而界面电解液构型与体相有根本差异。因此需要建立一种表征方法深入研究界面电解液构型与CEI之间的联系。
基于此，研究团队通过特殊的极片制作工艺，实现了原位红外技术（in-situ ATR-FTIR）对多孔正极表界面动态变化的表征。研究人员发现在磷酸铁锂正极表面，由于Li+（去）溶剂化行为，界面配位溶剂/阴离子浓度在恒流充电时会升高，放电时降低。而在高压钴酸锂体系引入新变量-界面电场后，界面浓度变化在充电过程中出现拐点。Li+溶剂化与界面电场对界面处solvated-Li+浓度的调节存在反协同效应。在充电过程中，Li+溶剂化会导致局部高浓度界面，有利于阴离子衍生的CEI的形成。而界面电场对界面Li+的排斥作用则会导致高压时出现局部稀释界面，有利于自由溶剂分解形成CEI。基于上述界面变化的原理，该团队通过对充电协议和电解液配方的简单调整，延长了高浓界面的持续时间，从而构建阴离子衍生的CEI，有效提高了高压锂离子电池的循环稳定性。
该项研究工作在乔羽教授的指导下完成，2021级博士生罗海燕为第一作者。该论文得到国家自然科学基金（22179111、22021001、22288102），中国科学技术部（2021YFA1201900），嘉庚创新实验室基础研究项目（RD2021070401）等资助，以及固体表面物理化学国家重点实验室的支持。
论文链接：https://doi.org/10.1002/anie.202412214
