大家常說的電池能量密度指的是質量比能量密度，要想提高這一數值，無外乎兩個方面。一方面是降低單位體積的質量，另一方面是提高單位質量的能量。降低單位體積的質量，寧德時代的CTP方案是一個很好的例子，無模組的形式大大降低了電池包的重量，同時透過最佳化其他部件，進一步減輕電池重量。這裡順便說一句，比亞迪的刀片電池雖然也有類似的功效，但主要還是優化了電池內的空間，這樣做更多的是提高了體積比能量密度，與常說的質量比能量密度是有區別的。提高單位質量的能量，這就要從化學的層面來解決了，比如過去用的523電池（正極材料裡鎳鈷錳的比例為5比2比3）、到現在的622電池、再到多數廠家為之努力的811電池，甚至有人提出的無鈷電池，都是沿著這一思路去做的。

一、為什麼研究高壓電池？

即將到來的5G通訊，物聯網，以及電動車將大大提高人們對電池能量密度的需求。目前鋰離子電池由於其較低的自放電以及可以忽略的記憶效應，已經佔據了移動電源的絕大部分市場。為了進一步提高鋰離子電池的能量密度主要有兩條途徑：1，提高電池的比容量；2，提高電池的工作電壓。經過十多年的發展，基於鋰離子嵌入脫出反應的鋰離子電池電極材料幾乎已經達到了其比容量的理論極限。因此發展具有更高工作電壓的正極材料成為最有效的進一步提高電池能量密度的途徑。

二、高壓正極材料及其面臨的問題有哪些？

最近幾年有很多研究關於5V正極材料，例如LiNi0.5Mn1.5O4以及LiCoPO4，然而它們的放電電壓相對於Li+/Li僅僅只有4.7V與4.8V並未達到5V,而且並沒有一個穩定的電解液體系可以維持其長期穩定的充放電迴圈。尖晶石結構材料LiCoMnO4擁有最高達5.3V的放電電壓平臺，以及145mAh/g的比容量，這些使其成為非常有應用前景的高電壓正極材料，然而目前並沒有一種電解液體系可以承受其相對於Li+/Li5.3V的高電勢。

三、作者如何實現了電池5.3V高壓？

最近，美國馬里蘭大學王春生教授（通訊作者）課題組以及美國布魯克海文國家實驗室的蘇東以及楊曉青博士等人，利用兩步合成法合成了沒有Mn3+存在的LiCoMnO4正極材料，並且首次實現了該材料理論容量的可逆充放。並且透過非原位XANES,EXAFS譜圖以及原位XRD探究了其充放電過程中鋰離子的嵌入脫出機理。其設計的電解液體系(1MLiPF6+0.02MLIDFOBinFEC/FDEC/HFE)擁有0-5.5V的電化學穩定視窗。

3.1電解液的選擇

為了實現高電壓電池體系，電解液尤為關鍵。其不僅需要滿足在正極較高的耐氧化需求，同時其在負極也需要滿足能夠生成穩定SEI的要求。本文設計的電解體系為(1MLiPF6+0.02MLIDFOBinFEC/FDEC/HFE)。這裡選擇氟化溶劑的原因是因為其在具有較好的耐氧化能力的同時也有利於生成穩定氟化物富集的CEI以及SEI。其中FEC具有較高的Li鹽溶解能力，FDEC以及HFE可以降低電解液粘度並且增加隔膜的浸潤性。

3.2LiCoMnO4高壓正極的晶體結構

XRD圖譜表明LiCoMnO4為立方Fd3m尖晶石結構。鋰離子可以在其三維通道中快速遷移。較強的（220）峰表明有一些過渡金屬元素佔據了四面體8a位置。同時，其中（001）和（020）峰表明產物中有Li2MnO3相的存在，經過精修可以發現其大約佔7%。HRTEM以及HR-HAADF-STEM也進一步表明了LiCoMnO4的尖晶石結構，同時在HAADF-STEM圖中也發現了Li2MnO3相的存在。