雙重修飾正極材料是什么？為什么受到電池業(yè)界的青睞？
來源：寶鄂實業(yè)
2019-04-25 17:44
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長沙理工大學14日對外透露，該校材料科學與工程學院李靈均副教授團隊與廈門大學助理教授張橋保、美國阿貢國家實驗室教授陸俊，美國內(nèi)布拉斯加大學林肯分校、美國布魯克海文國家實驗室等海內(nèi)外科研人員及團隊合成了高能鋰離子電池雙重修飾正極材料。
該研究成果近日以長沙理工大學為第一單位發(fā)表在最新一期材料化學領域國際重要學術期刊《先進功能材料》上，論文第一作者為長沙理工大學在讀碩士研究生楊慧平，李靈均為論文第一通訊作者。
鋰離子電池具有可逆容量高、工作電位高、循環(huán)壽命長以及自放電小等諸多優(yōu)點，已廣泛應用于各種便攜式設備，并逐步在儲能和電動汽車領域得到推廣和應用。
“在商業(yè)化正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)的富鎳三元材料能量密度高(單體電池比能量可達280Whkg-1)、成本低，越來越受到市場青睞。然而，富鎳三元正極材料仍存在界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問題，嚴重阻礙其規(guī)?；瘧?。”李靈均說。
為此，科研團隊以鋰離子電池高容量富鎳正極材料為研究對象，歷時三年從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表層的遷移勢壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭富集在表面的狀態(tài)為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計算結(jié)果，他們合理設計并同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的雙重修飾富鎳三元材料。
李靈均介紹，該材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學性能。“在60攝氏度高溫下，經(jīng)過150次循環(huán)后，雙重修飾材料的容量保持率比純相富鎳材料提高了近兩倍，其能有效抑制富鎳材料在循環(huán)過程中表面納米尺度的結(jié)構(gòu)退化，從而增強富鎳材料的表面穩(wěn)定性。”
此外，研究團隊采用全場透射X射線顯微成像對循環(huán)前、后的正極材料進行可視化研究，證明雙重修飾抑制了正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過程中微裂紋擴展，并揭示了循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到抑制，材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著提升。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)項目、長沙市杰出創(chuàng)新青年培養(yǎng)計劃、美國能源部等的多項基金支持。
該研究成果近日以長沙理工大學為第一單位發(fā)表在最新一期材料化學領域國際重要學術期刊《先進功能材料》上，論文第一作者為長沙理工大學在讀碩士研究生楊慧平，李靈均為論文第一通訊作者。
鋰離子電池具有可逆容量高、工作電位高、循環(huán)壽命長以及自放電小等諸多優(yōu)點，已廣泛應用于各種便攜式設備，并逐步在儲能和電動汽車領域得到推廣和應用。
“在商業(yè)化正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)的富鎳三元材料能量密度高(單體電池比能量可達280Whkg-1)、成本低，越來越受到市場青睞。然而，富鎳三元正極材料仍存在界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問題，嚴重阻礙其規(guī)?；瘧?。”李靈均說。
為此，科研團隊以鋰離子電池高容量富鎳正極材料為研究對象，歷時三年從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表層的遷移勢壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭富集在表面的狀態(tài)為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計算結(jié)果，他們合理設計并同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的雙重修飾富鎳三元材料。
李靈均介紹，該材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學性能。“在60攝氏度高溫下，經(jīng)過150次循環(huán)后，雙重修飾材料的容量保持率比純相富鎳材料提高了近兩倍，其能有效抑制富鎳材料在循環(huán)過程中表面納米尺度的結(jié)構(gòu)退化，從而增強富鎳材料的表面穩(wěn)定性。”
此外，研究團隊采用全場透射X射線顯微成像對循環(huán)前、后的正極材料進行可視化研究，證明雙重修飾抑制了正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過程中微裂紋擴展，并揭示了循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到抑制，材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著提升。該研究得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)項目、長沙市杰出創(chuàng)新青年培養(yǎng)計劃、美國能源部等的多項基金支持。
