10月19日，东京大学研究团队研发了一种新型锂离子电池。该电池采用无钴材料作为正极，硅氧化物作为负极，能够达到4.9伏的最大电压，并首次实现了1000次充放电循环的稳定性。这一重大进展得益于其独特的电解质设计策略。该设计提升了负极的反应电位，有助于形成坚固的钝化层，并提高电解液还原和氧化稳定性。

锂化/脱锂电位的提高和钝化层的形成是电解质设计和电池开发的关键。LiNi0.5Mn1.5O4作为无钴正极材料，具有高工作电位（平均4.7伏）和较高理论比容量（每克147毫安时）的优点。然而，LiNi0.5Mn1.5O4在高电位下会引起电解液氧化、铝阳极腐蚀和正极材料中过渡金属溶出等问题。SiOx作为负极材料，具有理论比容量高（每克1965~4200 毫安时）、成本低和储量丰富的优势。然而，其在充放电过程中会发生大幅度的体积变化（高达200%），导致负极颗粒和表面钝化层破坏，从而加速电解液降解。

为解决上述问题，研究团队通过优化电池系统的整体电位图，设计了一种独特的电解液结构，即浓度为3.4摩尔每升的LiFSI/FEMC (LiN(SO2F)2 /methyl (2,2,2-trifluoroethyl) carbonate)。在该设计中，绝大多数锂离子与FSI-阴离子紧密结合，构成了致密的离子对结构。该结构破坏了电解液中锂离子的稳定性，从而使负极反应的电势增加，降低了电解液还原的可能性。通过FSI-阴离子在负极表面的分解，成功形成了一个富含无机物的坚固钝化层。该钝化层不仅高效地传导锂离子，而且机械和化学均表现出强稳定性，有效地抑制了电解液在负极表面的进一步降解。为了提高正极反应的电势并增强电解液的氧化稳定性，团队还加入了含氟溶剂FEMC。该溶剂降低了对锂离子和铝阳极的侵蚀，有效地减缓了正极材料中的过渡金属的溶出速度。


该研究为锂离子电池的持续高效发展提供了新的方向，促进经济和绿色电极材料的利用，并有望扩展至其他电化学能源领域。相关的研究成果已发表在《Nature Sustainability》期刊中。 

原标题：东京大学研发一种新型无钴锂离子电池