鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:452次 | 2023年01月10日
研究人員開發(fā)緩解正極降解的策略 提升鋰電池性能
圖1:不同放大倍數(shù)下初合成的NCA的掃描電子顯微鏡圖像;圖2:顯示Gr-R-nNCA顆粒表面的透射電鏡圖像(:AIPPublishing)
作為電動(dòng)汽車和消費(fèi)電子產(chǎn)品等可再生應(yīng)用的高性能電源,鋰電池(LIB)要能供應(yīng)高能量密度、而不影響電池壽命的電極。據(jù)外媒報(bào)道,美國西北大學(xué)(NorthwesternUniversity)等機(jī)構(gòu)的研究人員探討高能量密度LIB電池正極材料發(fā)生降解的根源,并開發(fā)緩解降解機(jī)制的策略,以提升LIB電池性能。
此項(xiàng)研究可能對(duì)許多新興應(yīng)用有價(jià)值,特別是電動(dòng)汽車和可再生能源(如風(fēng)能和太陽能)電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)用。
研究人員MarkHersam表示:LIB電池的降解機(jī)制大部分發(fā)生在和電解液接觸的電極表面。我們嘗試了解這些表面上發(fā)生的化學(xué)反應(yīng),然后制定策略,以將降解程度降至最低。
研究人員利用表面化學(xué)特點(diǎn),來識(shí)別和減少在NCA(鎳、鈷、鋁)納米顆粒合成過程中殘留的氫氧化物和碳酸鹽雜質(zhì)。他們發(fā)現(xiàn),制備LIB正極表面時(shí),首先要使其經(jīng)過適當(dāng)退火,將正極納米顆粒加熱以去除表面雜質(zhì),然后通過原子厚度石墨烯涂層,將其鎖定至理想結(jié)構(gòu)。
充電溫度:0~45℃
-放電溫度:-40~+55℃
-40℃最大放電倍率:1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
在LIB電池中,用帶石墨烯涂層的NCA納米粒子制成的正極,表現(xiàn)出優(yōu)異的電化學(xué)性能,包括低阻抗、高倍率性能、高體積能和功率密度,以及持久的循環(huán)壽命。在電極表面和電解液之間,石墨烯涂層還能起到屏障用途,從而進(jìn)一步提高電池壽命。
研究人員認(rèn)為,單獨(dú)使用石墨烯涂層就足以提高性能。然而結(jié)果顯示,在應(yīng)用石墨烯涂層之前,對(duì)正極材料進(jìn)行預(yù)退火以優(yōu)化其表面化學(xué)性能,具有重要意義。
目前這項(xiàng)工作重要集中在富鎳LIB正極上。該方法也可以推廣至其他類型的儲(chǔ)能電極,如鈉離子或鎂離子電池,其中含有高比表面積納米結(jié)構(gòu)材料,將為開發(fā)基于納米顆粒的高性能儲(chǔ)能設(shè)備鋪平道路。