高压阴极电解质添加剂亚磷酸三(三甲基硅烷基)酯(TTSPi)和碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(TFEC)组合

富锂镍锰钴氧化物化合物。但是,存在与电解质发生反应的问题,因此我们开始研究电解质添加剂。亚磷酸三(三甲基硅烷基)酯(TTSPi)和碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(DTFEC)CAS:1513-87-7中使用的这两种添加剂都不是全新的,但是这两种添加剂(TTSPi和TFEC)的组合特别有效用于保护相间。我们尚不具备此专利,因为尚不清楚用于增强性能的效果的协同作用。

高压阴极电解质添加剂亚磷酸三(三甲基硅烷基)酯(TTSPi)和碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(TFEC)组合

碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(DTFEC)CAS:1513-87-7

毫无疑问,十年内大多数汽车将由电池供电。我们需要研究可持续材料。这就是为什么我们开始研究高压镍锰氧化物尖晶石的原因。

PA:您能描述LiNi 0.5 Mn 1.5 O 4(LNMO)阴极涂层对电池性能的影响吗?特别是NiPOx涂层,这是您在2020年《今日材料》中论文的主题。

SP:这是结合剂工作的结果。几年前,该领域的普遍观点是您不能将水性粘合剂与镍钴锰氧化物一起使用,因为它们会降解。我们优化了配方,当时在浆料中添加了一点磷酸。我们注意到阴极材料不再降解,因此我们对此进行了调查以了解原因。我们意识到,一旦过渡金属氧化物溶解到水相中,磷酸根阴离子就会与它们发生反应,并以磷酸镍钴锰的形式沉淀出来。这就是保护材料的原因。我们在此过程中拥有一项专利,然后我的一位朋友Ilias Belharouak博士又获得了一项后续专利。他还做了一些其他修改。

我们告诉自己,磷酸盐的形成是否可以在讨厌的环境中保护(因为这些氧化物的水是讨厌的环境),为什么我们不尝试在将涂料暴露于水性环境之前直接将涂料放在颗粒上?我们仍在这两种方式上进行工作。一种是在浆料制备过程中原位形成磷酸盐,然后涂覆电极。另一种方法是先在单独的环境中涂覆颗粒。它似乎工作得很好。一些磷酸盐比其他磷酸盐更好。这也是为什么我们想要在单独的环境中进行操作的原因之一,以便我们可以决定拥有哪种磷酸盐-磷酸镍,磷酸钴或磷酸锰。因为当我们在浆料中进行处理时,我们别无选择。任何从颗粒中出来的东西都会以磷酸盐的形式沉淀出来,我们无法控制化学反应。我们看到磷酸镍非常好。 

PA:高压阴极的主要挑战之一是电解质。您正在努力解决各种电解质添加剂的问题,例如发表在《电源杂志》上的2021年论文中的那些。

SP:在某一点上,我们合成了一种没有匹配特性的富锂镍锰钴氧化物化合物。但是,存在与电解质发生反应的问题,因此我们开始研究电解质添加剂。亚磷酸三(三甲基硅烷基)酯(TTSPi)和碳酸双(2,2,2-三氟乙基)酯(TFEC)中使用的这两种添加剂都不是全新的,但是这两种添加剂(TTSPi和TFEC)的组合特别有效用于保护相间。我们尚不具备此专利,因为尚不清楚用于增强性能的效果的协同作用。

PA:您正在为固态电池研究探索哪种类型的电解质?

SP:自1986年以来,我一直从事聚合物电解质的研究,就在Michel Armand提出聚环氧乙烷(PEO)之后,Scrosati涉足了这一领域,而我就是那个干事。几年前,我开始与三星(日本分公司)合作。他们希望我们探索使用硫化电解质的新型固态电池阴极材料。我们在该领域拥有相当丰富的知识,现在我们非常活跃。纯固态可能非常困难。我们Small上发表了一篇论文到2020年,将使用离子液体中间层来降低界面阻力。我们证明了在锆酸镧镧和锂金属的界面以及阴极侧放置几层离子液体会大大降低界面电阻。在第一篇论文中,我们只是报告了更好的性能。

我们与Jurgen Janek教授共同撰写了有关该主题的后续论文,我们在其中一个德国资助的项目中进行了合作。在合作中,我们正在解释为什么要获得更好的性能。当您拥有固体-固体界面时,两个固体的行为可能会有所不同,然后就会出现匹配它们的界面的问题。固体电解质具有自己的界面,并停留在那里。电极在循环时膨胀和收缩。离子液体可以填充这些在操作过程中形成的间隙,并使界面阻力降低一到两个数量级。我们在2020年发表的这篇论文启发了我们继续这个项目。我们将提交一份朝着这个方向发展的手稿。我们在正极侧使用高Ni阴极(NMC811),在负极侧使用Li金属。我们还开发了这种混合型固态电解质,它具有柔性。我们甚至可以演示在8到13伏之间循环的电池。