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

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，鋰離子電池（LIB）需要能提供高能量密度、而不影響電池壽命的電極。據(jù)外媒報(bào)道，美國(guó)西北大學(xué)（Northwestern University）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(kāi)發(fā)緩解降解機(jī)制的策略，以提升LIB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 （圖片來(lái)源：AIP Publishing）

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(yáng)能）電網(wǎng)級(jí)儲(chǔ)能應(yīng)用。

研究人員Mark Hersam表示：“LIB電池的降解機(jī)制大部分發(fā)生在與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?！?/p>

研究人員利用表面化學(xué)特征，來(lái)識(shí)別和減少在NCA（鎳、鈷、鋁）納米顆粒合成過(guò)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)，首先需要使其經(jīng)過(guò)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(guò)原子厚度石墨烯涂層，將其鎖定至理想結(jié)構(gòu)。

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作用，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)工作主要集中在富鎳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(kāi)發(fā)基于納米顆粒的高性能儲(chǔ)能設(shè)備鋪平道路。
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