要点一:多功能添加剂的协同作用机制
与传统单功能添加剂不同,3,5-Bis (CF3) PhNCO 展现三重协同功效:
1. -NCO 基团:快速清除电解液中微量水分,中断 LiPF6水解链,同时中和 HF 等酸性物质,从源头抑制HF生成;
2. -CF3基团:增强电解液疏水性,同时通过诱导效应调节分子电子云分布,降低 HOMO 能级,使添加剂优先氧化分解;
3. 协同构建CEI膜:添加剂原位形成约20nm厚的富氮CEI层,兼具高离子导电性和机械强度,有效隔离电解液与电极,抑制过渡金属溶解和缓解锂离子的不均匀沉积。

图1 3,5-Bis(CF3)PhNCO添加剂对锂离子电池正、负极的积极作用
要点二:优异的电化学性能
1. 半电池性能:添加 2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液,SC-N92||Li 电池在 4.6 V、0.5 C 下循环 150 次后容量保持率达 87.08%(放电容量 173.46 mAh g-1),远高于基准电解液的 66.04%(126.7 mAh g-1);在 4.6 V、5 C 的严苛条件下,250 次循环后容量保持率仍达 68.61%。
2. 全电池性能:1.8 Ah 软包全电池在 2.8-4.2 V、1 C 下循环 1400 次后,容量保持率高达 86.67%,展现出卓越的长期循环稳定性。
3. 普适性:该添加剂对 LCO、多晶 NCM90 等多种正极体系均具有界面稳定作用,其中多晶 NCM90 正极在 200 次循环后容量保持率从 44.02% 提升至 66.28%。
图2 基准与添加2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液在 3.0~4.6 V 电压区间内的电化学性能。
要点三:多尺度表征验证结构稳定性
1. 微观结构改善:FIB-3D 重建显示,基准电解液中 SC-N92 颗粒出现大量晶内裂纹,而添加剂体系中裂纹密度显著降低,颗粒结构保持完整;
2. 相转变抑制:原位 XRD 和 XAFS 分析表明,添加剂有效抑制了高电压下正极从层状结构向岩盐相的不可逆转变,降低晶格畸变和各向异性应变,单位胞体积收缩从 7.75% 降至 6.10%;
3. 界面化学调控:XPS 和 TOF-SIMS 证实,CEI 膜富含 C-N、C-F 等键合结构,减少 LiF、Li2CO3等绝缘产物堆积,降低界面阻抗,促进 Li+快速传输。
图3 基准与添加2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液体系中,SC-N92电极循环 150 次后的形貌与晶体结构。
图4 基准与添加2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液体系中,SC-N92 电极循环 150 次后的 X 射线光电子能谱和飞行时间二次离子质谱分析。
图5 基准与添加2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液体系中,SC-N92电极在 3-4.6 V 电压区间首次循环的原位 XRD 图谱、满充电态的 Ni K 边 XANES 谱及边位移放大图、非原位 Ni K 边 EXAFS 谱,以及对应的 EXAFS 二维小波变换图。
要点四:理论计算与模拟支撑
1. 添加剂重构 Li+溶剂化壳层,减少 PF6⁻参与,抑制其分解;
2. 降低 Li+脱溶剂化能垒(从 - 83.76 kcal mol⁻1 降至 - 90.85 kcal mol⁻1),加速 Li+界面传输;
3. COMSOL 多物理场模拟验证,添加剂使 Li+分布更均匀,缓解浓度极化和机械应力波动,减少结构损伤。
图6 基准与添加2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液体系的分子动力学轨迹快照、径向分布函数及锂离子脱溶剂化能垒,线性扫描伏安曲线、计时电流响应曲线,以及关键电解液组分及其Li+/PF6−络合物的前沿分子轨道能级。
图7 基准与添加2 wt.% 3,5-Bis (CF3) PhNCO 的电解液体系中,SC-N92电极循环 150 次后的锂离子应力分布及界面浓度分布曲线。