随着电力系统储能和电动汽车的发展，对锂离子电池容量密度和循环稳定性提出更高的要求。由于具有更高电压平台和放电比容量，富锂锰基正极材料受到广泛关注，但是其本身的结构不稳定性以及高压循环导致的剧烈副反应，致使电池器件的循环稳定性能和倍率性能较差，限制了它的应用。选择合适的电解质添加剂可在电池循环过程中参与形成良好的固体电解质中间相（SEI），改变电极表面形态，保护电极材料，提升电池的循环寿命，是一种简便可行且成本低廉的改性方法。

针对这一问题，李美成教授团队通过在电解液中引入适量的二氟磷酸锂(LiPO2F2)，实现了富锂锰基正极材料电池高倍率下的稳定循环。研究结果表明，添加0.5 wt% LiPO2F2的电解液表现出最优性能，电池的倍率性能得到大幅度提高，电池的放电比容量增加，并显示出良好的循环稳定性，在3 C下循环500周的容量保持率由53.6%提升至85.0%。通过SEM、TEM、ICP和XPS等检测手段，表明LiPO2F2电解质添加剂可以优先参与氧化在正极材料表面形成稳定致密的CEI膜，减轻电解质在电极材料表面上的分解，此外优化界面的同时，抑制了富锂正极材料的金属离子溶解和相变，稳定了正极材料的晶体结构。该工作解决了锂离子电池中富锂正极材料的循环稳定性问题，解释了LiPO2F2作为电解质添加剂的机理，并且对高电势电池的稳定性提升具有一定的指导意义。

图1 长循环稳定性能曲线及改性机理示意图

2021年1月29日，该研究成果发表在“中国科技期刊卓越行动计划”重点资助期刊Journal of Energy Chemistry上，题为“LiPO2F2 electrolyte additive for high-performance Li-rich cathode material”。该论文的第一作者为华北电力大学姜冰副教授，通讯作者为华北电力大学李美成教授和厦门大学张桥保副教授，华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室为论文第一通讯单位。

该研究工作得到了北京市自然科学基金（L172036），教育部联合基金（6141A020225），国家自然科学基金（授权号52072323和51872098），科技北京百名领军人才计划和华北电力大学“双一流”计划的支持。论文中电池器件性能数据和材料表征的分析方面得到了美国加州大学圣迭戈分校刘豪东博士、山东科技大学刘瑞博士的支持和帮助。