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,我院杨勇教授课题组对锂离子电池富锂层状氧化物正极材料研究领域的最新进展进行总结及评述,相关论文以“Li-rich cathodes for rechargeable Li-based batteries: reaction mechanisms and advanced characterization techniques”为题,发表于Energy & Environmental Science, DOI: 10.1039/d0ee01694b

随着能量密度和循环寿命的不断提高,锂离子电池可支持汽车300-500 km的续航能力,在电动汽车领域独占鳌头。在传统正极材料中,尖晶石锰酸锂和铁锂材料能量密度有限,高镍三元材料面临热稳定性差和空气稳定性差等瓶颈。 要实现锂离子电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极材料是未来最有应用前景的正极体系之一。由于其独特的初始结构、复杂的结构转变以及电荷转移机理,该类材料的实际应用仍然受制于其材料的析氧问题、容量衰减和电压衰退等多重挑战。

文章在回顾富锂氧化物正极材料发展历程的基础上,梳理和归纳了富锂氧化物在充放电过程中的反应机理、电化学特征、表征技术、面临的主要挑战和改性策略。本综述侧重于从文献原始数据出发,总结了层状/阳离子无序两类富锂氧化物的反应机理,尤其是富锂层状氧化物中的氧反应产物、晶格氧空位、过渡金属离子迁移、层状结构向类尖晶石转变、两相反应、充放电过程中的晶格演化等结构和机理,并讨论了各种机理的实验证据及不足之处。本文旨在从不同角度对富锂层状氧化物正极材料的失效机制进行分析,探讨可能的材料改性方案,以期推动未来该类材料的产业化进程。

杨勇教授研究团队长期致力于锂/钠离子电池过渡金属富锂层状氧化物正极材料的研究工作,并通过结合原位同步辐射X射线衍射谱和X射线吸收光谱, 同步辐射共振非弹性X射线散射(mRIXSACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, 12, 7277?7284;  2020, 12, 40347?40354; Dalton Transaction, 2020, 49,13519-21527, 实验室光源原位X射线衍射谱( J Mater. Chem. A, 2020, 8, 18687–18697; ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,11,45674-45682 )、高分辨固体核磁谱(J Mater. Chem. A, 20208, 5115, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2019,2,5933?5944) 等先进表征手段对系列层状氧化物的充放电机理开展系统研究。

论文第一作者为2017级博士研究生左文华,我院博士研究生2020级罗明增、2017级刘湘思以及2015级吴珏参与了论文撰写。杨勇教授、米兰理工大学李劼副教授为论文共同通讯作者。该研究工作得到了国家自然科学基金(2176113203021935009)及国家重点研发项目(2018YFB09054002016YFB0901502)等资助和支持。

论文链接:https://doi.org/10.1039/D0EE01694B

 

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