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韓國開發(fā)無鈷正極材料 經(jīng)過500次循環(huán)保持83%的容量
時(shí)間:2021-03-11 08:40來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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（圖片來源：浦項(xiàng)科技大學(xué)）
據(jù)外媒報(bào)道，韓國研究人員開發(fā)出一種高容量正極材料，可以在不使用昂貴和有毒的鈷的情況下，使鋰離子電池保持?jǐn)?shù)百次穩(wěn)定的充放電循環(huán)，這將有助于實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車長距離行駛。
浦項(xiàng)科技大學(xué)（POSTECH）材料科學(xué)與工程系的研究團(tuán)隊(duì)，通過開發(fā)簡(jiǎn)單的富鋰層狀材料合成工藝來控制局部結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。這種高能量密度正極材料，既能穩(wěn)定地維持500多次充放電循環(huán)，又不需要使用昂貴有毒的鈷金屬，將成為有前景的下一代高容量正極材料之一。
電動(dòng)汽車的續(xù)航里程和充放電周期，取決于可充電鋰離子電池的電極材料的獨(dú)特性能。當(dāng)鋰離子在正負(fù)極之間來回流動(dòng)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生電能。在使用富鋰層狀材料的情況下，當(dāng)大量鋰被提取和插入時(shí)，循環(huán)次數(shù)急劇減少。值得注意的是，當(dāng)大量鋰被提取，在高電荷態(tài)下發(fā)生氧反應(yīng)，就會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)坍塌，導(dǎo)致電池不能保持充放電特性或高能量密度，進(jìn)行長期循環(huán)。這種循環(huán)性能惡化阻礙其商業(yè)化。
該團(tuán)隊(duì)曾發(fā)現(xiàn)，在富鋰層狀材料的過渡金屬層和鋰層之間的原子均勻分布，可能是激活富鋰層狀材料電化學(xué)反應(yīng)和循環(huán)性能的重要因素。該團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以控制合成條件，提升原子在結(jié)構(gòu)中的分布程度。該團(tuán)隊(duì)利用固態(tài)反應(yīng)，開發(fā)了一種簡(jiǎn)單而高效的新工藝，可用于制造原子分布優(yōu)化的正極材料。結(jié)果表明，從電化學(xué)活性和循環(huán)性能方面看，這種合成富鋰層狀材料具有優(yōu)化的局域結(jié)構(gòu)，使大量鋰得到重復(fù)利用。實(shí)驗(yàn)還證實(shí)，在數(shù)百次循環(huán)中，氧的氧化還原反應(yīng)也是穩(wěn)定可逆的。
比起能量密度為600Wh/kg的常規(guī)商用高鎳層狀材料（如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2），在這種優(yōu)化條件下，合成無鈷富鋰層狀材料在1100wh/kg下的可逆能量要高180%。即使去除了大量的鋰，也能保持穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，使電池在經(jīng)過100次循環(huán)后，可以保持95%左右的容量，經(jīng)過500次循環(huán)后為83%。借助于這一突破性性能，預(yù)計(jì)電池經(jīng)過數(shù)百次循環(huán)后仍能保持穩(wěn)定的高能量。
研究人員表示：“對(duì)于下一代高容量富鋰層狀材料來說，循環(huán)性能是重要問題之一。這些研究結(jié)果的意義在于，通過相對(duì)簡(jiǎn)單地改變工藝，使這一問題得到了極大改善。”
(責(zé)任編輯：子蕊)
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