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研究人員開發(fā)新型LMR陰極 可減少鋰離子電池電壓衰減

時間:2023-08-11 08:22來源:蓋世汽車 作者:Elisha
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      目前,鋰離子電池廣泛應(yīng)用于電動汽車等設(shè)備。據(jù)外媒報道,由香港城市大學(xué)(City University of Hong Kong)、美國西北大學(xué)(Northwestern University)和美國其他機構(gòu)的研究人員組成的團隊開發(fā)出新的陰極,可以解決現(xiàn)有陰極存在的固有問題,從而增加鋰電池的容量。
 
       研究人員之一Qi Liu表示:“此次研究的重點是一種特定類型的富鋰和富錳(LMR)層狀陰極材料。比起目前的商用陰極,這種材料有潛力存儲更多的能量。”
 
       眾所周知,LMR層狀陰極容易受到“電壓衰減”(voltage decay)現(xiàn)象的影響,從而使電池出現(xiàn)快速退化和電壓損失。這極大地限制了鋰電池的性能。以前,研究人員嘗試通過涂覆陰極材料或加入新元素來穩(wěn)定結(jié)構(gòu),然而并沒有解決問題。近年來,一類具有獨特O2堆疊結(jié)構(gòu)的LMR材料受到關(guān)注。比起傳統(tǒng)的O3型LMR,這些材料表現(xiàn)出較低的電壓損失。另外,受益于獨特的O2堆疊,研究人員還可以對固有不穩(wěn)定蜂窩晶格的局部結(jié)構(gòu)進行微調(diào)。
 
       Liu教授等人嘗試構(gòu)建一種新的基于O2型的LMR陰極,以穩(wěn)定LMR材料特有的蜂窩狀結(jié)構(gòu)。Liu表示:“研究人員將過渡金屬(TM)離子引入蜂窩結(jié)構(gòu)上方或下方的鋰層中。這樣做的目的是大幅增強蜂窩結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,有效緩解循環(huán)過程中的電壓衰減問題,從而促進LMR正極材料在高能量密度鋰離子電池中的實際應(yīng)用。”
 
       為了制造具有TM刺穿蜂窩(TM-pinned honeycomb)的LMR材料,研究人員利用離子交換技術(shù)(即有效去除或溶解離子的系統(tǒng)),將P2型Na 0.6 Li 0.2(Mn 0.6 - x Ni x )O2材料轉(zhuǎn)變成其所需的O2型LMR陰極。Liu教授表示:“這種材料的獨特之處在于,使TM離子位于蜂窩狀結(jié)構(gòu)的上方或下方,以充當蓋子來穩(wěn)定易碎框架。與傳統(tǒng)陰極相比,這種LMR陰極的優(yōu)點在于,在電池使用過程中,可以大幅降低電壓衰減。”
 
       初始評估顯示,這種富鋰陰極表現(xiàn)良好,可以延長鋰離子電池的壽命,并提高其性能。這意味著電動汽車可能存儲更多的能量,從而延長單次充電續(xù)航里程。Liu教授表示:“長期以來,LMR陰極材料的實際應(yīng)用備受爭議。這項研究成功解決了LMR中長期存在的電壓衰減問題。結(jié)果顯示,在陰極材料中加入額外的TM,可以穩(wěn)定蜂窩結(jié)構(gòu),使每個循環(huán)周期的電壓衰減僅達到0.02 mV,可以忽略不計。”
 
       未來,這一發(fā)現(xiàn)將有助于改進LMR陰極或者啟發(fā)其他類似設(shè)計。Liu教授表示:“目前的工作成功解決了LMR電壓衰減的問題。未來的目標是解決另一個關(guān)鍵問題——LMR電壓滯后。電壓滯后是指電池充、放電循環(huán)期間電壓曲線的差異。以前,人們普遍認為電壓滯后是由于蜂窩上部結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性造成的。然而,即使是采取這項研究中提出的‘帽‘結(jié)構(gòu),電壓滯后現(xiàn)象也沒有得到緩解。”
 
       接下來,研究人員計劃深入探索LMR陰極電壓滯后的機制,從而完善陰極設(shè)計。Liu教授表示:“下一目標是解決電壓滯后問題,并進一步提高陰極材料的能量密度。研究人員還將尋找解決方案,以擴大材料制造工藝,用于大規(guī)模電池生產(chǎn)。”
 
(責(zé)任編輯:子蕊)
文章標簽: 鋰離子電池 LMR陰極
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