改善NCM811材料循环性能，这个添加剂可以

电解液是锂离子电池的重要组成部分，主要起到在正负极之间导通Li+的作用，此外电解液也会在正负极表面发生分解，产生一层固体分解产物，也就是我常常说的固体电解质膜（SEI），这层膜的存在能够阻止电解液的进一步分解，因此对于锂离子电池的循环性具有十分重要的影响。

兰州理工大学的Jie Wang（第一作者）和Xiao-Ling Cui（通讯作者）等人对三（三甲基硅烷）硼酸酯对高镍体系电池循环寿命的影响机理进行了研究，发现TMSB能够改变Li+的溶剂化结构，从而在正极表面形成更为稳定的CEI膜，改善循环性能。

NCM811材料虽然容量较高，但是循环稳定性也比较差，表面包覆、元素掺杂都是改善NCM811材料结构稳定性的有效方法，此外通过电解液添加剂在正极表面形成一层CEI膜也是改善NCM811材料性能的有效方法。

研究表面含Si的电解液添加剂能有效的改善锂离子电池的循环性能，相比于三（三甲基硅烷）磷酸酯（TMSP），三（三甲基硅烷）硼酸酯（TMSB）能够形成性能更好的CEI膜。

下图a中作者测量了不同电解液的电导率，以确定最佳的TMSB添加量，从图中能够看到空白组、0.5%TMSB、1%TMSB和2%TMSB的电解液电导率分别为8.12、7.51、7.24和7.12mS/cm，这主要是因为TMSB的加入增加了电解液的粘度，从而抑制了电导率的提升。下图b为不同电解液首次充放电曲线，从图中能够看到添加TMSB的电解液在2.30V附近出现了一个新的电压平台，添加2%TMSB后电池的初始库伦效率从69.9%降低至62.8%，这主要是受到TMSB在正极表面分解的影响。

从下图c的循环性能测试结果可以看到，空白组、0.5%TMSB、1%TMSB和2%TMSB的电解液在循环50次后的比容量分别为148.6mAh/g、165.8mAh/g、158.5mAh/g和149.8mAh/g，表明TMSB可以有效的改善NCM811材料的循环性能，其中添加0.5%TMSB的电解液性能最好，因此后续的研究也都是基于这一电解液开展的。从下图d-f所示的倍率性能测试结果可以看到，0.5%TMSB能够有效的减少电池在大电流放电时的极化，从而改善锂离子电池的倍率性能。

作者认为TMSB在电解液中能够参与到Li+的溶剂化过程，从而改变其溶剂化壳的结构，进而降低氧化分解电位。为了验证这一观点，作者首先采用空白组和0.5%TMSB电解液分解加入NCM811电池进行循环，以在NCM811正极表面形成CEI膜，随后上述的NCM811正极分别采用上述两种电解液进行了重新组装，并进行了循环（结果如下图b所示），从图中能够看到前后两次都采用空白电解液的电池循环性能最差，而两次都采用0.5%TMSB的电池循环性能最好。

为了验证TMSB对溶剂化结构的影响，作者采用拉曼光谱对EC溶剂、以及不同EC基电解液进行了分析，由于DEC与Li+的结合能较弱，因此作者在这里并没有对DEC进行分析。EC的主要特征峰位于709.81、888.51、2933.96、、2987.74、3039.48cm-1，Li-EC的特征峰位于898.86、3039.48cm-1，TMSB的特征峰位于2987.74cm-1，从下图a和c可以看到在EC+LiPF6+TMSB电解液中位于709.81cm-1和2933.96cm-1的特征峰都出现了红移，这表明EC分子间的作用力被削弱了。而在EC+LiPF6电解液中709.81、888.51、2987.74cm-1处的特征峰都出现了蓝移，这主要是因为EC会与Li+发生溶剂化。通过这一现象可以看到，这表明TMSB能够与弱化Li+与EC的溶剂化结构。

下图中展示了不同电解液组成时优化后的溶剂化结构，从优化结果可以看到当EC-LiPF6中加入TMSB后Li+与C=O之间的距离从1.86A增加到了3.112A，同时键角也从141.263 降低到88.575 ，同时C=O键的键长也从1.214A降低至1.198A，这进一步表明了TMSB的加入弱化了EC与Li+的溶剂化结构。

在下图中作者进一步采用DFT对TMSB在溶剂化结构中的作用机理进行了计算，之前的研究表明一个Li+会与四个溶剂分子发生配位，因此作者在这里也使用了四个溶剂分子进行优化Li+ (EC)n(TMSB)4-n (n = 0–4)，并对这些结构的单点能进行了计算，这些结构中能量从低到高依次为：Li+(TMSB)4 < Li+(EC)3(TMSB)1 TMSB > EC-LiPF6-TMSB > EC > EC-LiPF6 > LiPF6，因此TMSB得加入使得电解液更容易被氧化。

下图a中作者对电解液进行了线性扫描分析，可以看到添加0.5%TMSB后电解液在2.3V附近出现了一个较小的电流峰，这表明TMSB-EC发生了氧化分解，继续升高电压添加TMSB的电解液在3.75V附近反应电流开始增加，而空白对照组电解液在3.83V电流开始增加。

下图中作者分析了经过100次循环后的NCM811正极的界面膜电镜图片，从图中能够看到在空白对照组电解液中循环后的正极表面又大量的凸起，而在0.5%TMSB的电解液中循环后的正极表面则更为光滑。从下图c和f可以看到在空白对照组电解液中循环后的正极表面生成了一层厚度较厚，且不均匀的CEI膜，而在0.5%TMSB电解液中的正极则形成了较薄、均匀且致密的CEI膜。

下图中作者采用XPS工具对正极CEI膜的成分进行了分析，从图中能够看到在C 1s中主要存在C=O（286.9、288.5eV，主要来自溶剂的分解）、C-C（284.8eV，主要来自碳导电剂）、C-H（285.5eV）和C-F（289.8eV）这两者主要来自于PVDF粘结剂，在O 1s中则能够看到Me-O（531.6eV）、C=O（532.1eV）和Li2CO3（532.3eV）的特征峰。对比可以发现，在普通电解液中循环后的负极的电解液分解产物更厚，而0.5%TMSB循环后的正极则具有更薄的正极界面膜，这与前面的电镜分析结果是一致的。在F 1s中主要是685.1eV的LiF，对比可以发现添加0.5%TMSB的正极表面具有更多的LiF，同时在B 1s和Si 2p谱图中能够看到B-O和Si-O键的峰，表明CEI膜的成分中含有Si-O和B-O成分。

下图展示了TMSB改善NCM811材料循环性能的机理，TMSB加入电解液后首先改变了Li+的溶剂化结构，使得溶剂化结构的HOMO能量更高，更容易在正极表面发生氧化分解，从而在正极表面形成更薄而均匀的界面膜。

TMSB作为一种含B的硅烷类添加剂能够通过改变Li+的溶剂化结构，使得电解液更容易在正极表面发生氧化分解，进而在正极表面生成一层含有B-O和Si-O的正极界面膜，从而有效的提升了NCM811材料的循环稳定性。

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Adjusting the solvation structure with tris(trimethylsilyl)borate additive to improve the performance of LNCM half cells, Journal of Energy Chemistry 67 (2022) 55–64, Jie Wang, Hong Dong, Peng Wang, Xiao-Lan Fu, Ning-Shuang Zhang, Dong-Ni Zhao, Shi-You Li, Xiao-Ling Cui