富锂层状氧化物正极材料反应机理与表征技术综述发表于Energy Environ. Sci.

发布日期:2020-11-05     浏览次数:次   

近日,我院楊勇教授課題組對锂離子電池富锂層狀氧化物正極材料研究領域的最新進展進行總結及評述,相關論文以“Li-rich cathodes for rechargeable Li-based batteries: reaction mechanisms and advanced characterization techniques”爲題,發表于Energy & Environmental Science, DOI: 10.1039/d0ee01694b

隨著能量密度和循環壽命的不斷提高,锂離子電池可支持汽車300-500 km的續航能力,在電動汽車領域獨占鳌頭。在傳統正極材料中,尖晶石錳酸锂和鐵锂材料能量密度有限,高鎳三元材料面臨熱穩定性差和空氣穩定性差等瓶頸。 要實現锂離子電池更高能量密度的需求,具有高容量及高能量密度的富锂氧化物正極材料是未來最有應用前景的正極體系之一。由于其獨特的初始結構、複雜的結構轉變以及電荷轉移機理,該類材料的實際應用仍然受制于其材料的析氧問題、容量衰減和電壓衰退等多重挑戰。

文章在回顧富锂氧化物正極材料發展曆程的基礎上,梳理和歸納了富锂氧化物在充放電過程中的反應機理、電化學特征、表征技術、面臨的主要挑戰和改性策略。本綜述側重于從文獻原始數據出發,總結了層狀/陽離子無序兩類富锂氧化物的反應機理,尤其是富锂層狀氧化物中的氧反應産物、晶格氧空位、過渡金屬離子遷移、層狀結構向類尖晶石轉變、兩相反應、充放電過程中的晶格演化等結構和機理,並討論了各種機理的實驗證據及不足之處。本文旨在從不同角度對富锂層狀氧化物正極材料的失效機制進行分析,探討可能的材料改性方案,以期推動未來該類材料的産業化進程。

楊勇教授研究團隊長期致力于锂/鈉離子電池過渡金屬富锂層狀氧化物正極材料的研究工作,並通過結合原位同步輻射X射線衍射譜和X射線吸收光譜, 同步輻射共振非彈性X射線散射(mRIXSACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 7277?7284;  2020, 12, 40347?40354; Dalton Transaction, 2020, 49,13519-21527, 實驗室光源原位X射線衍射譜( J Mater. Chem. A, 2020, 8, 18687–18697; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,11,45674-45682 )、高分辨固體核磁譜(J Mater. Chem. A, 20208, 5115, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,2,5933?5944) 等先進表征手段對系列層狀氧化物的充放電機理開展系統研究。

論文第一作者爲2017級博士研究生左文華,我院博士研究生2020級羅明增、2017級劉湘思以及2015級吳珏參與了論文撰寫。楊勇教授、米蘭理工大學李劼副教授爲論文共同通訊作者。該研究工作得到了國家自然科學基金(2176113203021935009)及國家重點研發項目(2018YFB09054002016YFB0901502)等資助和支持。

論文鏈接:https://doi.org/10.1039/D0EE01694B

 

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