高能密度锂离子电池对电动汽车和电网至关重要

电动悟空摘录 高能密度锂离子电池对电动和混合动力汽车、下一代电子设备和电网至关重要。这些锂离子电池使用基于过渡金属氧化物的高能密度正极。在许多潜在的研究材料中，LiNi1/3Mn1/3Co1/3O4.正极已被证明.5 V（vs Li/Li ）在高电位下具有最佳性能容量高。

(图片来源:日本先进科技研究所)

然而，在如此高的电位下，商用电解质中的碳酸盐化合物（碳酸二乙酯和碳酸二乙酯）会过度氧化分解，使正极形成厚正极电解相（CEI），严重影响其性能。研究人员希望使用电解质添加剂来掩盖和稳定正极表面。然而，目前的可用材料存在安全风险和环境危害。

据外媒报道，日本先进科技研究所近日报道（JAIST）Noriyoshi Matsumi教授负责的研究小组利用微生物合成吡嗪2、5-二甲基-3、6-双(4-氨基苯基)（DMPAB）。该生物基化合物可作为稳定的潜在添加剂LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极。与现有添加剂相比，DMBAP具有可持续、环保、成本低、无毒的优点。

筑波大学的研究人员之一Naoki Takaya生物衍生材料在电动汽车和锂离子电池中的应用仍然非常有限，教授说。本研究重点关注新型微生物代谢产物，特别是荧光假单胞菌SBW25基因簇中独特的吡嗪衍生二胺DMBAP，这是助理教授Shunsuke Masuo合作发现。这种物质作为电解质添加剂，可能会对可持续发展领域和智能电池行业产生影响。”

与通用电解质相比，初步的理论评价表明，DMBAP最高分子占据分子轨道（HOMO）位置更高。DMBAP正极表面容易氧化，形成保护层。DMBAP可抑制中二胺CEI溶解。

为了进行深入分析，团队也对此进行了分析DMBAP详细的电化学评估。通过线性扫描伏安法确认HOMO同时，X射线光电子光谱显示氧化电聚反应C−N=C峰。

根据循环伏安法和充放电法的研究，DMBAP添加剂可以提高电池的速率、循环稳定性、库仑效率和容量保留率LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2正极。此外，动态电化学阻抗谱实验证明了低界面电阻CEI的形成。

该团队在这些研究结果的基础上得出结论，DMBAP牺牲氧化分解，在正极表面形成有机钝化保护层。这反过来抑制了电解质的过度降解，从而稳定了正极上过渡金属氧化物的结构。

事实上，这种良性现象是由这种良性现象造成的LiNi1/3Mn1/3Co1/3O正极工作电位窗口升至4.5 V（vs Li/Li ）。另外，在半电池和全电池中，DMBAP能对电池系统起到明显的稳定作用。

Matsumi吡嗪-胺化合物是用微生物制备的DMBAP，提高锂离子二次电池的性能，促进生物基资源在大型汽车工业中的广泛利用。此外，在储能装置中使用生物基材料可以减少二氧化碳在制造和二氧化碳的排放。