文章导读
你正在为手机电池续航短、寿命衰减快而频繁更换设备？问题可能不在电池容量，而在于那层看不见的界面膜。大多数厂商还在用传统电解液勉强应对高压下的副反应，结果却是越升级越容易鼓包、发热。我们发现，北京大学深圳研究生院潘锋团队竟在4.65V超高压条件下，让钴酸锂电池循环2000次后仍保持81.6%的容量——这背后不是材料换代，而是一种能“自生长”的聚磷酸盐界面层。它像盾牌一样锁住活性位点，彻底阻断溶剂分解链式反应。
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钴酸锂（LiCoO2，LCO）是目前手机等3C锂电池最主要的正极材料。产业需求在高截止电压下，实现高能量密度锂离子电池的同时能保持循环稳定性，但要实现高电压稳定运行，其界面化学的稳定性是基石。然而，在高压工况下，源自材料表面钴/氧（Co/O）催化位点的有害副反应难以遏制，这会引发碳酸乙烯酯（EC）溶剂的持续氧化分解、六氟磷酸锂（LiPF6）的水解，并最终导致LCO颗粒表面的结构退化。这些连锁反应严重制约了高能量密度钴酸锂电池的实际使用寿命与安全性。
针对以上问题，深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队基于结构化学理论，通过调控电解液组分在界面的原位电化学分解，成功构筑了均匀的正极/电解质界面相（CEI），有效抑制了上述界面副反应并稳定了表界面结构（Adv. Mater. , 2024, 36, 2408875; Energy Environ. Sci. , 2024, 17, 7944; Adv. Funct. Mater. , 2025, 35, 2504165; Natl. Sci. Rev. , 2025, 12, nwaf345; Adv. Mater. , 2025, 37, e04106）。尽管如此，在≥4.6V（vs. Li/Li⁺）的极端电压条件下，如何实现原子尺度的精准界面相互作用并构建功能化、全覆盖的CEI结构，依然是实现稳定循环的核心挑战。
钴酸锂界面聚磷酸盐CEI层形成机制
近日，研究团队提出了一种全新的功能性CEI结构构筑策略。该策略利用三（三甲基硅烷）磷酸酯（TMSP）添加剂与电解液中的PF6–阴离子发生反应，原位生成功能性磷酸盐衍生物（FPD）。在电池充放电循环过程中，这些FPD物质会自发地与LCO表面的Co/O催化活性位点形成共价相互作用，进而触发原位聚合反应，在正极表面构筑起一层坚固且覆盖完整的聚磷酸盐CEI膜层。该特殊的界面膜富含聚磷酸盐及氟化锂/氧化锂（LiF/Li2O）组分，不仅赋予了界面极高的热力学稳定性，还确保了锂离子在界面的快速传输动力学。得益于这一设计，采用优化电解液组分的LCO电池展现出优异的循环性能：在3.0—4.6V电压区间循环3000圈后容量保持率高达81.0%，在更严苛的3.0—4.65V电压区间循环2000圈后保持率仍达81.6%；此外，在LCO||石墨软包电池中，经过500次循环后容量保持率亦达到80.0%。该研究为通过电解液工程实现高压LCO正极均匀稳定界面的构建提供了全新视角。相关研究成果以“Polyphosphates-Based Cathode-Electrolyte Interphase for 4.65V LiCoO2”为题，发表于《先进材料》（ Advanced Materials）。
该工作在潘锋、深圳研究生院博士后任恒宇和赵庆贺副研究员（现福建师范大学副教授）的共同指导下完成，任恒宇、深圳研究生院博士生王晓虎为文章的共同第一作者。该工作得到了中国博士后科学基金、电动汽车动力电池与材料国际联合研究中心、广东省新能源材料设计与计算重点实验室以及深圳市新能源材料基因组制备和检测重点实验室的支持。
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这个CEI结构确实有意思，不过TMSP和PF6反应生成的聚磷酸盐，具体组成表征了没？