高能鋰離子電池“雙重修飾”正極材料突破

富鎳三元正極材料,因可逆容量高、成本低等優(yōu)點,被認為是最理想的下一代高能量密度鋰離子動力電池正極材料之一。不過,界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問題,嚴重阻礙了該類正極材料的規(guī)?；瘧?。

近日,長沙理工大學副教授李靈均,與廈門大學張橋保、美國阿貢國家實驗室陸俊、內(nèi)布拉斯加大學林肯分校、布魯克海文國家實驗室等海內(nèi)外教授及團隊合作完成了一項工作,通過第一性原理計算為指導,同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的“雙重修飾”富鎳三元正極材料。這種簡單高效的合成方法,將有望大大降低高性能富鎳三元材料的生產(chǎn)門檻。成果日前發(fā)表在國際期刊《先進功能材料》上。

團隊從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表面的遷移勢壘出發(fā),發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭逃離至表面的狀態(tài),為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計算結(jié)果,他們合理設(shè)計并同步合成了“雙重修飾”的富鎳三元材料。材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學性能。在60攝氏度高溫循環(huán)150次后,雙重修飾材料的容量保持率,比純相富鎳材料提高了近兩倍。在采用全場透射X射線顯微成像對循環(huán)前/后的正極材料進行可視化研究后,團隊證明“雙重修飾”可抑制正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過程中微裂紋擴展,循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到了有效抑制,從而顯著提升了材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

這一發(fā)現(xiàn)為富鎳三元材料的開發(fā)和應用提供了新思路和理論指導,有助于高能量密度鋰離子動力電池的發(fā)展。