鋰離子電池具有那些優(yōu)點(diǎn)及材料的檢測(cè)、
來源：寶鄂實(shí)業(yè)
2019-04-11 08:56
點(diǎn)擊量：次
美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校、美國布魯克海文國家實(shí)驗(yàn)室等海內(nèi)外科研人員及團(tuán)隊(duì)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(xué)為第一單位發(fā)表在最新一期材料化學(xué)領(lǐng)域國際重要學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》上，論文第一作者為長沙理工大學(xué)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(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備，并逐步在儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)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(dá)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(yán)重阻礙其規(guī)?；瘧?yīng)用。”李靈均說。
為此，科研團(tuán)隊(duì)以鋰離子電池高容量富鎳正極材料為研究對(duì)象，歷時(shí)三年從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表層的遷移勢(shì)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(jì)算結(jié)果，他們合理設(shè)計(jì)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(xué)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(qiáng)富鎳材料的表面穩(wěn)定性。”
此外，研究團(tuán)隊(duì)采用全場透射X射線顯微成像對(duì)循環(huán)前、后的正極材料進(jìn)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(kuò)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
該研究成果近日以長沙理工大學(xué)為第一單位發(fā)表在最新一期材料化學(xué)領(lǐng)域國際重要學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》上，論文第一作者為長沙理工大學(xué)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(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備，并逐步在儲(chǔ)能和電動(dòng)汽車領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)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(dá)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(yán)重阻礙其規(guī)?；瘧?yīng)用。”李靈均說。
為此，科研團(tuán)隊(duì)以鋰離子電池高容量富鎳正極材料為研究對(duì)象，歷時(shí)三年從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表層的遷移勢(shì)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(jì)算結(jié)果，他們合理設(shè)計(jì)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(xué)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(qiáng)富鎳材料的表面穩(wěn)定性。”
此外，研究團(tuán)隊(duì)采用全場透射X射線顯微成像對(duì)循環(huán)前、后的正極材料進(jìn)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(kuò)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
