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yexuqing木蟲之王 (文學(xué)泰斗)
太陽系系主任
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學(xué)者提出提升鋰電池正極鈷酸鋰界面穩(wěn)定性新策略
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學(xué)者提出提升鋰電池正極鈷酸鋰界面穩(wěn)定性新策略 近日，北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院教授潘鋒團隊的最新研究成果發(fā)表于《國家科學(xué)評論》。 鈷酸鋰正極目前仍是消費電子領(lǐng)域鋰離子電池的主流正極材料。然而，隨著工作電壓升高，鈷酸鋰層狀正極材料將面臨結(jié)構(gòu)不可逆相轉(zhuǎn)變、嚴(yán)重界面副反應(yīng)、表面過渡金屬溶解以及晶格氧參與電化學(xué)過程等問題，導(dǎo)致正極-電解液界面阻抗增加和電極容量迅速衰減。 針對這一挑戰(zhàn)，此前，潘鋒團隊通過表面包覆物結(jié)構(gòu)調(diào)控與氟化電解質(zhì)設(shè)計等策略，在高電壓鈷酸鋰表面精準(zhǔn)構(gòu)筑了功能化正極-電解液界面層，顯著提升了鈷酸鋰表界面結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與體相相變可逆性。 然而，在高溫度環(huán)境下，上述正極與電解液之間的界面副反應(yīng)會進一步加劇，并伴隨大量氟化氫的產(chǎn)生，對正極-電解液界面膜與正極材料造成嚴(yán)重侵蝕，最終導(dǎo)致正極-電解液界面膜破裂與界面失穩(wěn)。 因此，亟需開發(fā)一種能夠兼容現(xiàn)有工藝的界面調(diào)控策略，以原位構(gòu)筑穩(wěn)定且致密的鈍化層，從而在高電壓與高溫條件下有效抑制電解液的持續(xù)分解及正極結(jié)構(gòu)的不可逆退化。 為此，研究團隊基于材料基因組學(xué)方法，圍繞關(guān)鍵功能基元及其排序與相互作用等三大要素，成功預(yù)測出可以在高電壓條件下提升鋰電池正極鈷酸鋰界面穩(wěn)定性的電解液體系。 該策略通過在商業(yè)化碳酸酯基電解液中引入磷酸三乙酯和1,3-丙磺酸內(nèi)酯，調(diào)控鈷酸鋰正極界面原位構(gòu)筑了三層功能化結(jié)構(gòu)的正極-電解液界面膜：最內(nèi)層為磷酸鋰，可有效抑制晶格氧活性并提高離子電導(dǎo)率；中間層為氟化鋰，作為框架層阻斷電子傳輸；最外層為亞硫酸鋰，賦予膜優(yōu)異的熱穩(wěn)定性和粘附性。三者協(xié)同作用，形成在高溫高電壓條件下仍致密穩(wěn)固的界面鈍化層。 該正極-電解液界面設(shè)計策略具備良好的通用性與擴展性，有望廣泛應(yīng)用于其它鋰電池層狀氧化物正極材料。 相關(guān)論文信息： https://doi.org/10.1093/nsr/nwaf345 |
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