9月6-7日，由第一锂电网、锂电百人会联合主办，上海贺励展览有限公司、上海贺励商务咨询有限公司承办的2023第七届中国国际锂电产业大会第二届中国国际正负极材料产业大会（简称：金砖锂电论坛）在深圳会展中心顺利召开。本届大会设置“论坛峰会+展览展示”，以“迎接新技术、布局新应用”为主题，通过话题设置，引发讨论，引爆业内对“锂电池及正/负极材料”的关注，解读锂电行业发展困惑，诠释机遇及技术发展方向。
（大会现场实录视频）
深圳新宙邦科技股份有限公司副院长刘中波出席论坛并发表主题演讲——《高电压电解液失效及解决方案》。
以下为演讲实录：
各位领导、各位同仁，大家上午好。
很高兴有机会给大家讲讲我们在高电压电解液方面的工作。我将从以下几个方面展开。首先明确当前情况下高电压体系的定义与材料体系；其次，分析高电压电池的挑战有哪些；再从电解液角度，给出高电压电池解决方向；最后对我们公司进行一个简单的介绍，让大家更了解新宙邦。
一、高比能锂离子电池的发展趋势
经过这么多年的发展，锂离子电池是非常宽宏、非常广阔的赛道，它的市场增量和技术发展都是非常快的。我们也可以看到，电池的能量密度最初的140Wh/Kg，现在达到了360Wh/Kg，并且成本明显下降。按照MIT估算，锂离子电池30年来成本降低了97%。
那么锂电池能量密度的提升以及成本的降低是怎么实现的呢？这取决于我们对于材料体系的迭代，也取决电池应用方法的迭代。这张图展示的是目前为止我们收集到的不同材料所能够实现的能量密度。
我们知道，这些年来电动汽车车的续航是越来越长的。这这一方面是我们在不断压榨现有材料的极限，像磷酸铁锂石墨，152mAh/g,已经快接近理论能量密度了。同时电池PACK的成组效率也达到了75%甚至更高，这些都已经迫近极限了。未来的更高能量密度、更低成本要怎么实现？目前的基础上，一个趋势就是新材料体系的突破，现在材料迫近极限的情况下，新材料的发展是必然的机会与趋势。图中给出了未来会有量产，或者更有希望导入产业化应用的正极材料，包括磷酸锰锂、富镍等材料，我们观看这些新化学体系的材料，晶体材料其实与现有体系差不多，但它的电压更高，理论容量更高，这样才能实现高能量密度。同时通过高能量密度的实现，及使用更少的钴，都可以使成本降低。
二、高电压电解液的挑战
怎样解决基于新材料锂电池的高压性能问题？之前的文献中，通常会将这种高电压体系电池性能的快速劣化归结为电解液的问题，因为电解液的在高压下氧化分解了，带来循环寿命的快速衰减，及电池在循环、存储的过程中气体产生。实际上，如果我们看电解液本身的稳定窗口，用标准方法测试氧化分解电位，基于传统碳酸脂溶剂的电解液氧化电压都要高于5V。我们回看一下过往的历史，其实我们对高电压的定义一直在不断变化，以最早的钴酸锂材料来说，4.2V是稳定电压，我们的高电压定义是从4.45V、4.48V、4.5V，再到现在的4.53V，每0.03V或0.05V，就会作为我们对高电压的定义。右图的是三元体系的高电压的定义，可以发现不同材料体系的高压是不一样的，这种差别告诉我们，高压是个相对概念。
也是基于这样的理解，我们对4.5V的钴酸锂石墨电池进行了失效分析，从结果上，我们可以得到这样的结论：高压钴酸锂电池的25%的容量衰减，绝大部分来源于正极材料的容量衰减和正负极阻抗的增加，半电池的测试证实了相关数据。常高电压材料的失效，分为几个关键因素，包括但不限于：阳离子混排及相变、材料微裂纹及氧释放、离子溶出及沉积。但这样的分析并不能将所有的高压问题都归因于正极材料。实际上从测试结果会发现，电解液的作用还是至关重要的。从图中可以看到同样的电芯体系，不同的电解液，它所能够实现完全不一样的电池性能。同样电芯电解液体系，不同电压下的电解液变化差别也比较大。
基于这样的假设，我们提出高压电池电解液分解模型。我们认为，高压电池的失效，其实是正极材料与电解液共同实现的。不同正极材料高压定义不一样的原因是因为其发生相变的电压不同，表面金属离子催化能力不同引起。中间是我们给出的电解液有可能在正极表面发生的副反应。尽管对于电池而言仅仅是正极材料的辩护，但是我们的失效分析返现，负极侧实际上也会有一些电化学的反应。这些副反应所产生二氧化碳一氧碳氧、氢气、烯烃、烷烃类特征气体的产生，结合电解液组分的变化，可以让我们推测电解液的失效主要遵循的是哪条反应路径。
三、高压电解液的解决策略
在高电压电池的开发过程中，作为电解液，我们能做哪些工作？我们认为的开发流程是首先FA，确定我电芯失效的来源，然后进行电解液的针对性开发。
电解液的设计遵循三个步骤，首先第一步是通过界面稳定抑制副反应电发生。当然这种界面的构建通常不是完美的，很有可能存在部分失效，这时需要提升电解液的本征稳定性，当然同时还要兼顾抑制电池的正负极串扰。
具体我们怎样才能实现？电解液的组成就是溶剂、盐和添加剂，界面优化主要通过添加剂实现，大部分都是牺牲型的，包括有机分子类、锂盐类。它的作用是优先于电解液本体，在正极表面上原位与正极通过化学或电化学反应形成反应产物，抑制后续副反应。还有一种添加剂是调节型的，通过溶剂化的结构与正极表面的作用，通过空间位阻，去阻碍电解液的接触。表征完了之后，其次还要对电解液本体的稳定性进行提升，防止到、界面有部分失效的时候，电解液本体的反应也要可控，策略主要选择择高稳定的溶剂，对溶剂化结构进行设计。第三部分，当这些失效之后，抑制正极对负极的串扰，目前这块的研究还不那么透彻。从我们电解液的角度来说，我们可以清除电解液当中的氢氟酸，另一方面是通过络合型的添加剂。将正极反应的离子困在电解液当中，或者缓解它的沉积速度，减少负极失效的影响。
基于这样的假设，我们对高电压镍锰酸锂电池做了电解液设计。这可以看到，在镍锰酸锂初始电池当中，电池性能对电压和温度都非常敏感，在高电压电池中，我们认为最关键的问题是要解决高温、高压下的问题。
我们做了一个FA分析，获取失效电池的产气成分，可以看到产气成分当中，有54%是氢气，还有33%的二氧化碳、10%的一氧化碳。而结合氢气、二氧化碳、一氧化碳的来源，和电解液的变化规程，我们可以初步判断电解液的失效过程，正极侧的电解液副反应比较多。它产生的大量质子在负极的串扰也比较明显。所以我们首先做的就是抑制正极界面的副反应。
离子溶出作为界面副反应的标志性行为，这是我们容易检测到的。我们过往的经验中有很多添加剂具有抑制界面反应的添加剂是有效的，但针对镍锰酸锂体系的电压和相变所产生的缺陷，哪种添加剂更有效？这需要去实验验证。我们筛选了不同的添加剂，验证其对于抑制离子溶出的作用。
新宙邦之前开发了TTP添加剂，它对于正极侧的保护也是非常有效的，尤其是在高压体系当中，可以有效地在正极表面形成保护层，可以缓解高温、高压下电解液与正极的副反应。基于TPP和其他添加剂的组合，最终我们对高压LNMO电池的产气量下降了60%以上，循环从初始的600周左右，提升到将近1000周。基于富锂锰体系4.5V，我们也有类似的工作，可以通过电解液的调整，有效促进正极材料的容量发挥，降低阻抗，提升循环。
小结一下，在高电压电池体系当中，我们认为，电池的衰减其实来源于正极与电解液的副反应，要改善高压电池体系的电池性能，需要从正极和电解液两方面协同解决。从电解液的角度上，我们更多是要构建电解液与正极的CEI膜，提升本征稳定性，缓解正负极的串扰作用。目前新宙邦在高压体系的镍锰酸锂和富锂锰基体系当中，有一些半成熟的配合，愿意与行业同仁共同合作解决行业难题。
四、新宙邦简介
新宙邦是1996年成立，总部位于深圳的一家上市公司，我们的产业链定位主要是基于基础化工原料和元器件之间的化学品和功能材料的提供者。除了锂电电解液以外，我们还会做电容器里面的电解液和容器，以及有机氟化学品，以及国家“卡脖子”的半导体当中的高纯化学品，包括蚀刻液、剥离液等。
目前我们已经进入了全球化的战略阶段，欧洲工厂已经投产。科技一直是新宙邦持续以恒的核心竞争力，也是我们持续投入的发展方向，所以我们也希望能够与行业同仁一起合作，解决行业遇到的难题。
谢谢大家。