鋰離子電池正極材料研究中取得新進展

大家好，小科來為大家解答以上問題。鋰離子電池正極材料研究中取得新進展這個很多人還不知道，現(xiàn)在讓我們一起來看看吧！

1、鋰鈷氧化物(LiCoO2)是鋰離子電池最早商業(yè)化和最成功的正極材料。由于其制備方法簡單、穩(wěn)定性好、體積比能密度高，LiCoO2在消費電子市場上具有不可動搖的地位。

2、蓬勃發(fā)展的5G時代對電子產(chǎn)品輕薄化和電池長壽命提出了更高的要求，迫切需要進一步提高鋰離子電池的能量密度。

3、鈷酸鋰具有274mAh/g的超高理論比容量，但實際使用中只有50%的鋰能可逆穩(wěn)定釋放(對應4.2V的截止電壓)。

4、一般來說，通過表面包覆和摻雜可以拓寬電荷的截止電壓，提高鈷酸鋰的比容量。

5、目前商用鈷酸鋰的最高充電截止電壓為4.45V，對應的比容量約為175 mAh/g，與理論值相差甚遠。

6、因此，超高壓鈷酸鋰(4.6V)是發(fā)展高能鋰離子電池的尖端。

7、但隨著充電電壓的升高，鈷酸鋰會發(fā)生一系列不可逆的反應，如從O3相到H1-3相的不可逆相變、陽極界面的劣化、鈷元素的溶解和晶格氧的釋放等，會導致電池電阻增大，電池性能迅速下降，極大地限制了其實際應用。

8、研究人員通常采用摻雜和包覆相結合的策略對鈷酸鋰進行改性，以提高其在高壓充放電過程中的穩(wěn)定性。然而，大多數(shù)改性方法存在成本高、難以產(chǎn)業(yè)化的問題，迫切需要找到一種成本低、工藝簡單、適合大規(guī)模生產(chǎn)的技術方案。

9、南方科技大學材料科學與工程系教授陸在超高比能量、高電壓鈷酸鋰正極材料研究方面取得新進展。相關成果在線發(fā)表在能源材料頂級期刊上，標題為“葡聚糖硫酸鋰作為多功能粘結劑穩(wěn)定高壓LiCoO2至4.6V”。

10、研究團隊設計了一種新型耐高壓水性粘結劑葡聚糖硫酸鋰(葡聚糖硫酸鋰，DSL)，取代了工業(yè)上廣泛使用的聚偏氟乙烯(PVDF)，大大改善了鈷酸鋰材料在4.6V高壓充放電時的結構和界面穩(wěn)定性，如圖1所示。

11、由于DSL粘結劑與鈷酸鋰表面的強相互作用，在鈷酸鋰表面原位形成了均勻的涂層。

12、均勻的DSL涂層不僅能有效抑制高壓下鈷酸鋰從O3相到H1-3相的不可逆相變，還能大大保護材料表面免受電解液侵蝕，減少鈷元素的分解，大幅提高4.6V超高壓鈷酸鋰的長周期循環(huán)性，可逆穩(wěn)定容量超過200mah/g。

13、本研究采用原位XRD測試分析了鈷酸鋰在充放電過程中相變過程的差異。

14、如圖3所示，可以清楚地看到，使用DSL粘合劑的鈷酸鋰電極可以有效地抑制在大于4.55V的高壓下的不良相變(O3相H1-3相)

15、此外，通過分析回收后鈷酸鋰顆粒的橫截面，我們可以清楚地看到，與PVDF組相比，DSL組的橫截面中微裂紋較少。

16、與原位XRD測試結果一致，這是因為DSL粘結劑抑制了鈷酸鋰的高壓相變，緩解了內(nèi)應力導致的鈷酸鋰裂紋形成。

17、圖3。(a)PVDF-LCO和DSL-LCO在(003)衍射峰處的第一輪原位X射線衍射圖；(b)PVDF-LCO和DSL-LCO高壓結構示意圖；(c)掃描速率為0.1毫伏/秒的聚偏氟乙烯-LCO和DSL-LCO的循環(huán)伏安曲線；(d)聚焦離子束掃描電子顯微鏡圖像在50次循環(huán)之后(d)PVDF-LCO和DSL-LCO。

18、TEM測試方法可以直觀地顯示鈷酸鋰在長周期后不可逆相變的積累差異。

19、在圖4(a)中，我們可以清楚地看到PVDF-LCO顆粒的表面結構嚴重退化，大部分已經(jīng)不可逆地從初生層狀相轉變?yōu)榧饩嗌踔翈r鹽相，這將逐漸破壞鈷酸鋰陰極的循環(huán)性能

20、https://doi.org/10.1002/aenm.202101864

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