世界觀點:我科學家研制出新型高鎳三元正極材料
2023-04-11 09:34:44 來源:科技日報


(資料圖)

科技日報昆明4月10日電 (記者趙漢斌)在新能源電池研究前沿,新型高鎳正極材料的開發(fā)及規(guī)模化制備顯得尤為迫切。記者10日從云南大學材料與能源學院獲悉,該院郭洪教授團隊設計并制備出一種新型高鎳三元正極材料,有望用于鋰離子電池等多個領域。國際期刊《德國應用化學》發(fā)表了相關研究成果。

由于具有較高的放電比容量、較好的循環(huán)及熱穩(wěn)定性,新型高鎳三元正極材料的研發(fā)備受關注?!澳壳斑@類商業(yè)化的產(chǎn)品主要集中在鎳鈷錳酸鋰和鎳鈷鋁酸鋰,然而傳統(tǒng)高鎳三元正極材料循環(huán)穩(wěn)定性、空氣穩(wěn)定性及熱穩(wěn)定性較差,嚴重阻礙了產(chǎn)業(yè)化進程?!惫榻榻B,最新研究表明,高價態(tài)元素摻雜形成的新型高鎳正極材料,不但能很好地優(yōu)化一次晶粒的形貌,還能構建結構穩(wěn)定且不影響鋰離子輸運的超晶格層,進而很好地消除二次顆粒在充放電過程中形成的微應力,優(yōu)化鋰離子的遷移路徑,有效提高正極材料在充放電循環(huán)及熱失控過程中的結構穩(wěn)定性。

為此,郭洪團隊對材料的微觀結構進行了精確可控設計,并結合理論計算,深入研究了不同元素摻雜能壘以及它們之間的競爭摻雜化學機制,分析了表面鋰離子導體包覆層與基體之間的匹配度及相互作用機制。隨后,他們組裝了以石墨為負極、新型高鎳三元正極材料為正極的液態(tài)全電池,并對材料循環(huán)穩(wěn)定性作了系統(tǒng)評估。

結果表明,研究團隊成功制備出亞表面具有超晶格、體相摻雜鈦、表面包覆鋰離子導體的鎳鈷鉬酸鋰高鎳(鎳含量高于90%)正極材料。其獨特的結構特征,能從多個方面提高正極材料長循環(huán)穩(wěn)定性,其中納米級包覆層能抑制電解質與正極材料之間的副反應,超晶格結構能有效穩(wěn)定脫鋰態(tài)層狀結構,從而抑制表面結構從層狀到巖鹽相的重構;鈦摻雜能增大鋰—氧層的層間距,提高電子電導率。

“這一創(chuàng)新合成策略,也適用于其他新型高鎳正極材料的開發(fā),為制備成本更低、循環(huán)穩(wěn)定性更好、能量密度更高的下一代鋰離子電池提供新途徑?!惫檎f。

(責編:王震、陳鍵)關注公眾號:人民網(wǎng)財經(jīng)

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