【研究亮点】

本文中作者报告了一个在高压离子电池中被忽视但却很关键的问题：

阴离子嵌入到阴极导电碳

中。

作者提出了一种基于环丁砜（SL）的浓缩电解质，该电解质可通过两种机理防止阴离子的嵌入：

通过其强大的阴离子-Li

+

相互作用来提供高的嵌入激活障碍；

通过形成含硫，阴离子封闭的SL衍生的中间相。

该电解质与具有氧化稳定性但通常易于阴离子嵌入的石墨化乙炔黑一起使用，可实现

Li

2

CoPO

4

F/石墨全电池的稳定运行，容量保持率达93％，经过1000次循环后，平均库仑效率≥99.9％。这是在商业水平上增强>5V锂离子电池可逆性的关键策略。

【研究背景】

。为此，许多研究人员致力于提高电池的工作电压，这是提高能量密度的最简单方法。然而，由于此类高压电池的循环稳定性差，目前为止尚未实现高压全电池。电池的循环性差在很大程度上归因于高压电池的阴极问题，即电解质的氧化分解和阴极材料的降解以及由此产生的过渡金属的溶解问题。

为了解决这些问题已经进行了许多研究。主要有两种解决方法：（1）通过形成钝化层（阴极-电解质中间相，CEI）来防止电解质与阴极直接接触；（2）通过清除可加速阴极材料降解和过渡金属溶解的HF酸来缓解阴极材料的降解以及由此产生的过渡金属的溶解问题。尽管如此，也只有少数的全电池能实现>5V工作。此外，这些电池的循环性能离商业化的实际要求还很远。因此，仍然需要解决一些基本问题才能实现高压的稳定循环电池。

为了克服高压阴极的不良电子导电性，常常需要引入导电碳（例如，乙炔黑）作为添加剂或表面涂层剂。但是，

碳材料的表面积通常是正极活性物质的表面积的数十倍乃至数千倍。因此，它是电解质氧化的主要反应部位。更重要的是，电解质中的盐阴离子可以在大于4.5 V的高电势下插入碳的层间空间。重复的阴离子嵌入/脱嵌在充放电循环中不可逆转地破坏碳的层状结构（如图1a所示）。这会产生大量的缺陷，这些缺陷会充当新的活性位点，从而加速电解质的氧化和碳的降解，并导致电极电子传导性的损失，从而导致循环稳定性差。特别是当碳的石墨化程度较高时，阴离子插层在碳中更容易发生。

如图1b所示，高度石墨化的导电碳由于sp2-杂化的晶体结构良好排列，不仅可以提高电导率，而且还可以最大程度地减少表面寄生反应（电解质和碳的降解）。

图1 高电位阴极中导电碳上的寄生反应

尽管阴离子插层会带来严重的后果，但与其他众所周知的问题相比，很少有人研究这个问题，且它在高压....