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中美合成高能锂离子电池双重修饰正极材料

发布日期:2019/2/15



       长沙理工大学14日对外透露,该校材料科学与工程学院李灵均副教授团队与厦门大学助理教授张桥保、美国阿贡国家实验室教授陆俊,美国内布拉斯加大学林肯分校、美国布鲁克海文国家实验室等海内外科研人员及团队合成了高能锂离子电池双重修饰正极材料。


       该研究成果近日以长沙理工大学为第一单位发表在最新一期材料化学领域国际重要学术期刊《先进功能材料》上,论文第一作者为长沙理工大学在读硕士研究生杨慧平,李灵均为论文第一通讯作者。


       锂离子电池具有可逆容量高、工作电位高、循环寿命长以及自放电小等诸多优点,已广泛应用于各种便携式设备,并逐步在储能和电动汽车领域得到推广和应用。


    “在商业化正极材料中,层状结构的富镍三元材料能量密度高(单体电池比能量可达280Whkg-1)、成本低,越来越受到市场青睐。然而,富镍三元正极材料仍存在界面稳定性差、二次颗粒内部结构衰退等问题,严重阻碍其规模化应用。”李灵均说。


      为此,科研团队以锂离子电池高容量富镍正极材料为研究对象,历时三年从分析钛和镧在富镍三元材料表层的迁移势垒出发,发现钛掺入体相而镧富集在表面的状态为体系能量最低的状态即稳定状态。根据理论计算结果,他们合理设计并同步合成了钛掺杂、镧镍锂氧化物包覆的双重修饰富镍三元材料。


       李灵均介绍,该材料展现出了良好的热稳定性、结构稳定性及优异的电化学性能。“在60摄氏度高温下,经过150次循环后,双重修饰材料的容量保持率比纯相富镍材料提高了近两倍,其能有效抑制富镍材料在循环过程中表面纳米尺度的结构退化,从而增强富镍材料的表面稳定性。”


       此外,研究团队采用全场透射X射线显微成像对循环前、后的正极材料进行可视化研究,证明双重修饰抑制了正极材料二次颗粒内微裂纹的产生与循环过程中微裂纹扩展,并揭示了循环后富镍材料二次颗粒间Ni3+的不均匀分布得到抑制,材料二次颗粒的结构稳定性显著提升。


       该研究得到了国家自然科学基金、国家重点研发项目、长沙市杰出创新青年培养计划、美国能源部等的多项基金支持。


来源:中国新闻网

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