Journal of Materials Chemistry A最新研究

锂离子电池因高能量密度与长寿命已主导储能市场，但其高倍率性能受限于碳酸酯电解液的极化、析锂和分解问题。将离子液体功能添加剂引入传统电解液，可显著改善界面稳定性，成为提升高倍率循环寿命的变革性策略。

来自沈阳化工大学的许光文教授和石磊教授、东北大学孙宏滨教授，在《Journal of Materials Chemistry A》上发表题为“Boosting lithium-ion battery performance: the role of a novel carbonate-based ionic liquid electrolyte additive”的论文。第一作者为沈阳化工大学化学工程学院2023级硕士研究生王柏云和东北大学理学院2022级博士研究生菊娜。文章报道了一种新型碳酸酯类内盐型离子液体添加剂-碳酸乙烯酯活化1-甲基咪唑（MI-EC），可显著提升锂离子电池的倍率性能和循环稳定性。

MI-EC为兼具羧酸根阴离子与咪唑阳离子的内盐型结构，可与锂离子发生强配位作用，有效提升锂离子迁移数。同时具有较低的LUMO（-0.82 eV）和较高的HOMO（-5.91 eV）能级，能优先在正负极表面反应，形成稳定的SEI/CEI膜，抑制溶剂分解。

分子动力学模拟表明，MI-EC中的羧酸根阴离子能与Li⁺强烈配位，促进LiPF₆的解离，提高锂离子迁移数（从0.35提升至0.46）。这有助于降低电池极化，提升离子传导动力学。

在LFP||Li半电池中，添加MI-EC后，电池在0.5 C下循环500次后容量保持率达95.8%，较标准电解液提升27%。石墨||Li半电池和LFP||石墨全电池也表现出优异的循环稳定性和倍率性能。

SEM、TEM、AFM等表征显示，使用MI-EC后，电极表面更加平滑、SEI/CEI更均匀致密。XPS分析证实，MI-EC参与构建的界面层中，含氮组分和无机LiF含量增加，进一步增强了界面稳定性和离子传导性。

本研究成功开发了一种碳酸酯类内盐型离子液体添加剂MI-EC，通过优化电解液的界面化学和离子传输行为，显著提升了锂离子电池的综合性能。该研究不仅为开发高稳定性、高功率锂离子电池提供了可行的电解液添加剂策略，也为未来高性能储能材料的设计与应用奠定了理论基础。MI-EC的引入，标志着离子液体添加剂在实用化进程中迈出了重要一步，未来有望在动力电池、储能系统等领域实现更广泛的应用。

新型内盐型离子液体添加剂MI-EC兼具羧酸根阴离子和咪唑阳离子，通过优先在正负极表面形成富无机成分的稳定界面层，在1 wt%超低添加量下显著提升电池的循环寿命、倍率性能和界面稳定性。结合DFT、分子动力学模拟与多尺度电化学表征，系统阐明了其双功能界面稳定机制，为电解液工程设计提供了新思路。