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新型氧杂噻唑烷类添加剂在碳酸丙烯酯基电解液成膜机理研究OA

Study on Film-forming Mechanism of Novel Oxathiazolidine Additive in Propylene Carbonate-based Electrolyte

中文摘要英文摘要

为解决碳酸丙烯酯(PC)基电解液与石墨负极不兼容的问题,提出一种新型氧杂噻唑烷类添加剂——1,2,3-氧杂噻唑烷-3-羧酸叔丁酯-2,2-二氧化物(BOCD).通过密度泛函理论计算、电化学测试和多尺度表征相结合的方法,深入揭示了其在石墨-电解液界面处的成膜机制.结果表明:BOCD较PC更易发生还原活化,在Li+配位与电子作用下C—O键优先断裂,分解生成富含硫酸锂、亚硫酸锂和含氮有机组分的固态电解质界面相,有效抑制 溶 剂 共 嵌,保 护 了 石 墨 结 构.使 用 BOCD 电 解 液 的 1 A·h 3.40 mA·h/cm2 石 墨||2.769 mA·h/cm2 LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2软包电池实现了226圈稳定循环,验证了该成膜策略对PC/石墨界面稳定性的改善作用.本工作为开发面向航空航天等宽温、高可靠应用场景的PC基锂离子电池电解液体系,提供了新的分子设计思路与实验依据.

In order to solve the incompatibility between propylene carbonate(PC)-based electrolyte and graphite anode,a new oxathiazolidine-based additive,tert-butyl 1,2,3-oxathiazolidine-3-carboxylate 2,2-dioxide(BOCD),is proposed in this study.With the density functional theory calculations,electrochemical tests,and multi-scale characterizations,the film-forming mechanism at the graphite-electrolyte interface is intensively investigated.The results show that BOCD is more prone to reductive activation than PC.Under Li+coordination and electron injection,its C-O bond preferentially cleaves,leading to the decomposition and formation of a solid electrolyte interphase rich in lithium sulfate,lithium sulfite,and nitrogen-containing organic components,which effectively suppresses solvent co-intercalation and protects the graphite structure.The 1 A·h 3.40 mA·h/cm² graphite||2.769 mA·h/cm² LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 pouch cell using the electrolyte containing BOCD demonstrates stable cycling for 226 cycles,validating the effectiveness of this film-forming strategy in improving the stability of the PC/graphite interface.This work provides a new molecular design strategy and experimental basis for developing PC-based lithium-ion battery electrolytes for wide-temperature and high-reliability applications,including aerospace scenarios.

刘梦媛;朱兼;华君逸;李龙;李如宏;郭瑞;范修林

浙江大学 材料科学与工程学院 硅及先进半导体材料全国重点实验室,浙江 杭州 310027||浙江大学 工程师学院,浙江 杭州 310027上海空间电源研究所 空间电源技术国家重点实验室,上海 200245浙江大学 材料科学与工程学院 硅及先进半导体材料全国重点实验室,浙江 杭州 310027浙江大学 材料科学与工程学院 硅及先进半导体材料全国重点实验室,浙江 杭州 310027浙江大学 杭州国际科创中心,浙江 杭州 311215上海空间电源研究所 空间电源技术国家重点实验室,上海 200245浙江大学 材料科学与工程学院 硅及先进半导体材料全国重点实验室,浙江 杭州 310027

信息技术与安全科学

碳酸丙烯酯(PC)石墨负极添加剂固态电解质界面相锂离子电池

propylene carbonate(PC)graphite anodeadditivesolid electrolyte interphaselithium-ion battery

《上海航天(中英文)》 2026 (4)

35-43,9

国家自然科学基金资助项目(T2525005,U21A2081)

10.19328/j.cnki.2096-8655.2026.04.004

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