為了滿足動力電池能量密度持續提升的需求，容量更高的高鎳正極材料正在被越來越多的應用在動力電池領域，但是高鎳材料在為動力電池帶來更高能量密度的同時，也存在介面穩定性差、氧化電解液的問題，表面包覆和電解液新增劑是常用的改善高鎳正極材料介面穩定性的方法。
一些特殊的電解液新增劑能夠在正極表面生成一層惰性層，從而減少電解液在正極表面的分解，能夠有效的提升高鎳正極材料的介面穩定性。
近日，仁川大學的
Jungyoung
Ahn
（第一作者）和
Taeeun
Yim
（通訊作者）透過研究發現烯丙基苯
碸
（
APS
）能夠
在高鎳正極
材料表面生成一層穩定的介面膜，
有效的抑制了電解液在正極表面的分解，
顯著改善了
高鎳材料
在高溫下的迴圈穩定性。
高鎳材料由於較差的介面穩定性，引起電解液分解和過渡金屬元素溶出等問題，引起介面阻抗的持續增加，從而導致材料自身的迴圈穩定性較差。 APS中的-SO2-官能團具有良好的離子電導率，同時具有電子絕緣的特性，同時APS中的雙鍵也能夠在正極表面發生聚合，從而在正極表面生成穩定的SEI膜，抑制電解液在正極表面的分解。
為了驗證APS與F-之間的反應，作者將0。01mol的APS和0。01mol的四丁基氟化銨（TBAF）混合並攪拌24h，然後採用核磁共振的方法進行了分析。從下圖a可以看到在反應24h後，溶液變為了黑色，分析發現APS在5。79nm、5。35nm、5。17nm、3。82nm的H峰在反應後消失了，這表明APS能夠與F-反應。
電導率是電解液的重要指標，從下圖中可以看到對照組電解液的離子電導率為9。2mS/cm，屬於電解液的常規水平，隨著APS新增量從0。1wt%增加到0。2wt%和0。5wt%，電解液的電導率也逐步降低到8。94、8。77和8。61mS/cm，但是這一電導率仍然能夠滿足鋰離子電池應用的需求。從下圖所示的線性掃描結果可以看到，新增APS的電解液在4。17V附近出現了一個氧化電流峰，表明APS能夠在正極表面發生氧化分解，生成正極介面膜。
在常溫測試中隨著APS新增量的增加，正極材料的容量發揮輕微降低，這可能是因為電解液電導率降低導致的，在常溫迴圈中新增APS的實驗組電解液相比於對照組電解液並沒有顯著的優勢。但是在高溫（45℃）條件下，APS能夠在正極表面生成穩定的SEI膜這一特性就表現出顯著的優勢。對照組電解液在45℃條件下迴圈100次後，容量保持率僅為64。3%，新增0。1%、0。25%APS的電解液的容量保持率分解為77。6%和78。9%，明顯好於對照組電解液。但是新增0。5%APS的容量保持率僅為69。5%，可能是過多的APS引起正極材料阻抗增加，這表明APS能夠有效的穩定正極介面膜，從而改善高鎳材料在高溫條件下的迴圈穩定性。
下圖中作者對在不同電解液中迴圈後的NCM811材料的表面狀況進行了分析，從下圖a中能夠看到在對照組電解液中迴圈後的NCM811材料表面覆蓋了大量的電解液分解產物，這表明在高溫迴圈過程中電解液在正極材料的表面發生了顯著的分解。相比之下，在新增0。25%APS的電解液中迴圈後的正極表面的分解產物較少，透射電鏡分析也表明電解液新增APS後正極表面生成的介面膜更薄，也更光滑。交流阻抗分析表明在標準電解液中迴圈後的NCM811材料的介面膜阻抗和電荷交換阻抗的增加都更為明顯，而在電解液中新增0。25%的APS後介面膜阻抗和電荷交換阻抗的增加明顯降低，這表面光APS有效的抑制了介面副反應。
上面的測試結果也在XPS資料中得到了驗證，從下圖的C1s圖譜中，分解產物主要包含C-O（286。2 eV）、RCOR （287。1 eV）、C=O （289。3 eV） 、C–F（290。7 eV），電解液中新增0。25%APS後，這些峰的強度有所降低，我們在F 1s和P 2p的峰中也觀察到了類似的現象，這表明普通電解液在NCM811正極表面的分解更為嚴重，而APS的加入有效的抑制了電解液在NCM811材料表面的分解。下圖b為負極的ICP-MS測試結果，從圖中能夠看到在普通電解液中迴圈後的負極表面的Ni含量非常高，Co和Mn也有一定的溶出，而在電解液新增APS後Ni、Co和Mn元素的溶出僅為普通電解液的1/3，這表明APS能夠在正極表面形成有效的鈍化層，抑制過渡金屬元素的溶出。
Jungyoung Ahn的研究表明透過在電解液中新增少量的烯丙基苯碸（APS）能夠在正極表面形成有效的鈍化層，從而抑制電解液的分解，減少了過渡金屬元素的溶出，提升了高鎳材料在高溫下的迴圈穩定性。
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Ni-rich LiNi0。8Co0。1Mn0。1O2 oxide functionalized by allyl phenyl sulfone as high-performance cathode material for lithium-ion batteries， Journal of Alloys and Compounds 867 （2021） 159153，
Jungyoung
Ahn
,
Taeeun
Yim