固体电解质注入法大幅度提高高镍NCM正极材料稳定性
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固体电解质注入法大幅度提高高镍NCM正极材料稳定性

2024-02-10 新闻资讯

  可充电锂离子电池的目标是建立一种高能量密度,长循环稳定性,高倍率并安全运作的电池体系。这些目标能够最终靠探索新的电池材料或优化现有的电池组件来实现。为促进电子和离子的迁移,研究者们引入了纳米级电极颗粒的概念,使活性颗粒能被电解液充分浸润。然而,纳米级颗粒的直接引入会导致单位体积内的包含的能量的降低和有害副反应的加剧。因此,研究者们又将纳米级活性颗粒聚合成微米级二次颗粒。但是,这又带来了新的问题。二次颗粒在循环过程中内部易产生裂纹,导致颗粒分解,循环稳定性变差,并最后导致电池失效。此外,液态电解质沿晶界的渗透和二次颗粒中的裂纹会使与正极液体反应相关的问题恶化,降低电池电压。调整晶界结构和化学化学修饰的策略是优化材料的经典方法,但可惜的是这一方法并没有系统的运用于电极材料之中。近日,西北太平洋国家实验室的张继光教授、王崇明教授和加拿大西安大略大学孙学良教授等人合作提出将固体电解质Li3PO4(LPO)注入到高含镍(Ni)层状正极材料LiNi0.76Mn0.14Co0.10O2(高镍NMC)的晶界,其循环稳定性明显地增强,容量和电压衰减问题得到缓解。目前这项工作已发表在Nature  Energy之上。

  图1.  LPO注入对电化学性能的影响。三种高镍材料在室温下(a,c)和60℃高温(b,d),2.7-4.5V电压区间的循环性能。a)200圈循环后的容量保持率,半电池体系,C/10活化三圈后再C/3充放电循环;b)60℃条件下的循环性能,半电池体系,C/5活化三圈后再C/2充放电循环;c)室温条件下Pristine高镍正极的电位-容量曲线℃条件下,LPO-infused正极的电位-容量曲线。

  经过LPO注入高镍电极(LPO-infused)在室温下的最大容量保留率为91.6%,在60C时为73.2%,而未包覆高镍电极(Pristine)的容量保留率分别为79.0%和58.3%。与LPO-infused电极相比,LPO包覆电极容量(LPO-as-coated)更低。此外,LPO-infused电极的循环稳定性得到一定的改善的同时,电压衰减也大大减小,其倍率性能与Pristine电极相当,而LPO-as-coated电极倍率性能更差,这表明在二次颗粒外表面上包覆LPO层对其性能改善影响有限。LPO注入高镍颗粒晶界不仅缓解了二次颗粒的破裂和层状-尖晶石相变,而且提高了阴极-电解质界面动力学,使高镍NCM具备优秀能力的循环稳定性。

  200次循环后,三种颗粒类型显示出不同的结构特征,Pristine颗粒表现出的晶间裂缝已被确定为导致电池性能降低的原因之一。然而,这些破裂特征并没发生在LPO-infused电极中。另外,氟(F)和碳(C)是液态电解质的组分,但它们不是正极活性物质包括的元素。因此,能够正常的使用F和C的空间分布以追踪电解质和阴极颗粒的相互作用。在LPO-infused电极中,C和F出现在二次粒子的外表面而不在其内部,这表明在电池循环过程中液态电解质没有渗入二次粒子晶界,没有在次级颗粒内观察到界面副反应产物,阴极-电解质副反应仅发生在二次颗粒的外表面。与之相对应的EIS测试根据结果得出,LPO-infused电极与Pristine电极相比,表现出更低的电荷转移电阻。

  LPO固态电解质沿二次颗粒的晶界注入到高镍的NMC中可明显地增强其结构和界面稳定性,提高长期循环稳定性。分析显示,性能增强与固态电解质的晶界改性有关,LPO固态电解质为Li+提供了一条快速传输路径的同时也防止了液态电解质穿透进入一次颗粒的边界。这消除了几个严重影响电池循环稳定性和电压的有害因素包括固液界面反应,晶间开裂和层状-  尖晶石相转变。此项研究极大推进了高锂材料的应用化进程。

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  据外媒报道,CAMXPower公司宣布一项可提高锂离子电池性能的发明,该发明同时还可降低锂离子电池成本,对于实现车辆电气化至关重要。该项重大突破最初由TIAX公司提出,CAMX在2014年成为其衍生独立公司之后,CAMX接着来进行研发。CAMX在美国、欧盟、中国和日本等国家获得几项关键专利之后,才宣布此项发明

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  北极星储能网获悉,2月5日,贵州省新型工业化工作领导小组发布印发《关于加快建设贵州新能源动力电池及材料研发生产基地的实施建议》(以下简称《意见》)的通知。《意见》指出,打造储能电池产业新赛道。着力培育电化学储能电池产业体系,围绕电化学储能电池上游磷酸铁锂正极材料、钠离子电池正极材料

  容百科技2月1日公告,公司与LGEnergySolution,Ltd.(简称“LGES”)于近日签署《联合研究与开发协议》。双方将充分的发挥各自优势,围绕磷酸锰铁锂(以下简称“LMFP”)、无前驱体正极材料和中镍高电压等材料领域,开展全面深度的合作,包括但不限于技术开发、生产制造、产品营销售卖等。双方还将建立不定期

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  北极星储能网获悉,1月28日,四川绵竹市举行湖州超钠新能源科技有限公司规模化储能钠离子电池关键材料产业化项目签约仪式。湖州超钠新能源科技有限公司规模化储能钠离子电池关键材料产业化项目总投资30亿元,将在绵竹建设8万吨级钠离子电池正极材料的生产基地。项目总规划用地300亩,建成投产后将实现

  北极星储能网获悉,近日,钠科能源与无锡盘古新能源有限责任公司(以下简称“盘古新能源”)签署战略合作协议。根据协议,双方将依托各自优势,以市场为导向,在钠离子电池及关键材料的开发及产业化方面开展深度战略合作,并为未来3年不低于3000吨的供销计划提供了明确的目标指引。资料显示,钠科能源

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  北极星电池网获悉,1月15日,天齐锂业年产3万吨锂盐项目江苏张家港市政府网站公示。据悉,为满足天齐锂业产业高质量发展需求,维持锂化合物及衍生物产品产业链的稳定,填补市场缺口,基于别的地方已有的生产基础,天齐锂业新能源材料(苏州)有限公司拟投资建设年产3万吨电池级单水氢氧化锂及6万吨无水硫酸钠

  锂离子电池在2019年获得诺贝尔化学奖认可,现在变得无处不在,从智能手机到电动汽车为所有东西供电。锂离子电池在不一样的地区有不同的类型,即欧洲和北美的NMC/NMCA和中国的LFP。前者具有更高的单位体积内的包含的能量,而后者具有较低的成本。(文章来自微信公众号:国际能源小数据ID:gh_fcc26c741888)考虑不同类型,

  12月28日晚间,贝特瑞公告,集团下属子公司贝特瑞(江苏)新材料科技有限公司及BNUOINTERNATIONALHOLDINGPTE.LTD.(以下简称“BNUO公司”)为实施锂电池正极材料战略布局,拟与摩洛哥王国签署《投资协议》,计划通过BNUO公司在摩洛哥设立项目公司投资建设年产5万吨锂电池正极材料项目,项目预计总投资

  碳酸锂当量(Lithiumcarbonateequivalent,LCE)表示化合物中的锂含量,以碳酸锂表示。这种形式是原锂的初级加工形态,用于电池和各种其他应用。全球锂市场正在经历迅速增加,2022年的消费量增长了30%。(文章来自微信公众号:国际能源小数据ID:gh_fcc26c741888)那么,什么导致了锂市场的繁荣?1、20

  丰元股份12月22日公告,董事会赞同公司考虑外部宏观环境及行业变化等客观原因和项目实施的真实的情况,在募投项目实施主体、实施方式、项目用途及投资规模均不发生变更的情况下,将公司募投项目“年产5万吨锂电池磷酸铁锂正极材料生产基地项目”达到预定可使用状态的时间延期至2024年9月。这次募集资

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