崔光磊教授团队，顶刊精选！

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崔光磊

崔光磊教授团队，顶刊精选！

中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员，博士生导师，国务院特殊津贴专家，国家杰青和国家万人计划。“十三五”国家重点研发计划新能源汽车专项—高比能固态电池项目负责人（首席科学家）。中科院深海智能技术先导专项副总师（固态电池基深海能源体系）。青岛市储能产业技术研究院执行院长、中科丰元高性能锂电池材料研究院执行院长、国际聚合物电解质委员会理事、中国造船工程学会第一届深海装备技术学术委员会委员、国际储能与创新联盟理事、中国硅酸盐学会固态离子学分会理事、中国化学会电化学专业委员会委员、中国化学会有机固体专业委员会委员、中国化学会能源化学专业委员会委员、Macromolecular Chemistry and Physics国际咨询委员会委员等。

崔光磊研究院课题组主要从事低成本高效能源储存与转换器件的研究。十几年来针对储能与动力电池领域关键瓶颈问题，开展应用基础研究；开展储能领域材料、器件中关键工程技术研发。近两个月来崔光磊研究员课题组更是硕果累累，发表了多篇高水平论文。

1、AFM：多功能氰基硅氧烷添加剂，助力高温高电压超高镍锂离子电池长循环

为了解决电动汽车的续航焦虑，迫切需要开发具有更高能量密度的锂离子电池。提高锂离子电池能量密度的重要方向之一是采用具有高理论比容量和高工作电压的层状高镍三元材料作为电池的正极材料。然而，将层状三元正极中镍含量提高到更高水平时（Ni≥0.8），就会不可避免地加剧过渡金属溶解、表面相变、颗粒开裂、热稳定性差等问题，超高镍锂离子电池的循环寿命和安全性将显著降低。

众所周知，发展电解液功能添加剂是改善锂离子电池循环寿命和安全性最经济有效的策略之一。然而，因为超高镍锂离子电池体系的化学/电化学环境更加复杂，一些适合中低镍锂离子电池的添加剂对于超高镍锂离子电池的改善效果一般。因此，亟需设计开发能够显著提升超高镍锂离子电池性能的电解液功能添加剂。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员，崔子立副研究员，许高洁副研究员等人将氰基官能团（-CN）引入到硅氧烷中，创新性地设计合成了新型氰基硅氧烷多功能添加剂（TDSTCN）。该添加剂可以极大地提高NCM90/Gr全电池在4.5V的高电压和50℃的高温下的循环寿命。这主要得益于：1. TDSTCN中的-CN官基团可以通过与过渡金属的吸附/配位效应，在超高镍正极表面诱导形成富含-CN官能团的高牢固稳定性CEI膜；2. TDSTCN中的硅氧烷基团可以抑制LiPF₆水解并清除腐蚀性HF；3. TDSTCN添加剂还有利于形成富含LiF的SEI膜，这可以防止石墨（Gr）负极在高温下剥离。这些结果强调了设计具有多种官能团的新型功能添加剂对于提升超高镍锂离子电池的循环性能的重要意义。

这项工作为超高镍LIBs新型功能添加剂的设计应用提供了深入见解。相关成果以题为“Delicately Designed Cyano-Siloxane as Multifunctional Additive Enabling High Voltage LiNi_0.9Co_0.05Mn_0.05O₂/Graphite Full Cell with Long Cycle Life at 50 ℃”的论文发表在国际权威期刊《Advanced Functional Materials》上。

https://doi.org/10.1002/adfm.202302411

2、AEM：非配位阻燃剂调控溶剂化结构辅助PC基电解液实现高比能锂离子电池

随着锂离子电池能量密度的进一步提高，锂离子电池的安全问题日益突出。在锂离子电池热失控的过程中，电解液参与几乎每一个放热反应，而传统的商用电解液由热不稳定的锂盐LiPF₆和易燃性碳酸酯溶剂组成。因此，设计高安全新型电解液显得尤为重要。

近几年，氟化环磷腈在降低电解液可燃性、防止过充和优先成膜等方面表现突出，引起了研究者们的极大兴趣。另一方面，在锂离子电池诞生之前，碳酸丙烯酯（PC）因其宽液程、高闪点、高介电常数等优点比碳酸乙烯酯（EC）更受青睐。然而，当PC含量>30 vol.%后，在石墨表面无法形成稳定且具有保护性的界面，从而不能实现锂离子的可逆脱嵌。此外，PC基电解液对隔膜的润湿性极差进一步阻碍了其在锂电中的应用。时至今日，PC剥离及抑制石墨机理仍缺乏深刻理解，因此，探究PC-石墨剥离机理并设计高含量PC（>50 vol.%）电解液实现其在高容量锂离子电池的实际应用十分必要。

近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员，许高洁副研究员、杜晓璠副研究员等人创新地设计了一种PC/FPPN基电解液，其中非配位阻燃剂五氟（苯氧基）环三磷腈（FPPN）辅助的PC基电解液能实现与石墨负极高兼容性，同时电解液表现出阻燃性、高氧化稳定性和优异的隔膜/电极浸润性。一方面FPPN的加入降低了Li⁺-PC的静电相互作用，从而调整电解液溶剂化结构，加速Li⁺脱溶剂化过程。另一方面，FPPN因具有较低的LUMO值优先在石墨负极还原生成富无机的SEI膜，同时，FPPN有效地抑制了PC基电解液循环过程产生的大量气体副产物，保证了在PC基电解液中实现锂离子对石墨负极的可逆脱嵌。

此外，使用LiTFSI和LiDFOB优化后的PC/FFPN基电解液使得LiCoO₂/石墨软包电池（4.35V,~2.6 Ah, ~242 Wh kg^-1）具有长循环寿命和高安全特性，电池循环277圈仍能保持80.1%的容量保持率和高安全性能。

本文深刻地探索了对PC-石墨兼容性问题的理解，并促进PC基电解质（PC>50 vol.%）的锂离子电池的发展和商业化进程。不仅为新型高安全电解质的设计提供了宝贵的见解，更重要的是对电池的基础研究和应用研究都具有重要的指导意义。相关成果以题为“Transformed Solvation Structure of Noncoordinating Flame-Retardant Assisted Propylene Carbonate Enabling High Voltage Li-ion Batteries with High Safety and Long Cyclability”的论文发表在国际权威期刊Advanced Energy Materials上。

https://doi.org/10.1002/aenm.202300684

3、EES：原位聚合物锂盐作为固态电解质使高安全性的锂金属电池成为可能

聚合物电解质具有优异的灵活性和与锂金属的高度兼容性等优点，使锂金属电池（LMB）能够高度安全地运行。然而，目前大多数聚合物电解质都不能满足LMB实际应用的要求。

为了解决这一问题，近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所崔光磊研究员，崔子立副研究员，许高洁副研究员等人采用热诱导原位聚合全氟频哪醇铝酸锂(LiFPA)，提出了一种新的界面相容且安全的单离子导电3D聚合物电解质（3D SIPE-LiFPA）。3D SIPE-LiFPA的Li⁺溶剂化壳层富含聚FPA，聚FPA上固定了一些EMC和FEC分子。研究表明，具有独特聚阴离子结构的3D SIPE LiFPA形成了富含无机含铝物种的独特SEI层，成功保护锂阳极。对于NCM811阴极，3D SIPE LiFPA衍生的CEI层防止TM离子价态的降低，进而阻止TM的溶解和晶体结构的破坏。构建的3D SIPE-LiFPA使NCM811/Li电池具有优异的循环寿命和高安全性，其中能量密度为437 Wh kg^-1的软包电池在60次循环后容量保持率为95.4%。更重要的是，使用3D SIPE LiFPA的软包NCM811/Li电池的放热起始温度和热失控温度分别分别提高34℃和72℃。本工作开创了聚合锂盐作为聚合物电解质的先例，同时使实用的LMB具有优异的循环寿命和高的热安全性。

相关成果以题为“In situ-polymerized lithium salt as a polymer electrolyte for high-safety lithium metal batteries”发表在国际顶级期刊《Energy Environmental Science》上。

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2023/ee/d3ee00558e

4、AFM：自极化分子铁电体正极包覆层助力高性能全固态锂电池

全固态锂电池相比于传统的液态锂电池具有更高的安全性和更高的能量密度，被认为是最具潜力的下一代储能技术。然而，全固态锂电池电极/电解质界面处复杂的界面问题极大限制了锂离子的传输、制约了电池容量的发挥。因此，增强锂离子在电极/电解质界面处的传输能力是获得高能量密度全固态锂电池的必要前提。

近日，青岛能源所崔光磊研究员、马君副研究员、南京理工大学刘震教授以及青岛大学温峥教授等人通过简单环保的溶剂蒸发法将分子铁电体高氯酸胍(GClO₄)包覆在LiCoO₂正极颗粒的表面。由于GClO₄和LiCoO₂晶胞体积存在的差异，使得GClO₄包覆在LiCoO₂表面之后因晶胞失配产生了挠曲电效应，诱使GClO₄中铁电偶极子发生定向排列，产生了垂直于正极颗粒表面向下的铁电内建电场。该电场可以将Li₆PS₅Cl电解质中的锂离子迁移至LiCoO₂/GClO₄/Li₆PS₅Cl三相界面处，从而实现了抑制空间电荷层、提升锂离子传输的目的。

电化学性能测试结果显示，改性后的电池性能得到了显著提升。实验结果显示，铁电包覆层具有单畴的、垂直于正极颗粒表面向上的极化状态，这直接关系到铁电内建电场的有效构建和作用发挥，即影响正极/电解质界面的锂离子传输行为。有限元和第一性原理计算证实，铁电材料与正极材料之间的晶胞失配诱使铁电包覆层产生了挠曲电效应，进而得到了特殊的铁电极化状态。

该工作首次提出了正极和电解质之间铁电内置电场的构建机制，为铁电材料增强锂电池性能的研究提供了理论指导。相关成果以题为“Self-Polarized Organic–Inorganic Hybrid Ferroelectric Cathode Coatings Assisted High Performance All-Solid-State Lithium Battery”发表在国际知名期刊《Advanced Functional Materials》上。

https://doi.org/10.1002/adfm.202300791

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