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韩国开发无钴正极材料 经过500次循环保持83%的容量

2021-03-10 浏览次数:2,554 次 盖世汽车

据外媒报道,韩国研究人员开发出一种高容量正极材料,可以在不使用昂贵和有毒的钴的情况下,使锂离子电池保持数百次稳定的充放电循环,这将有助于实现电动汽车长距离行驶。

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(图片来源:浦项科技大学)

浦项科技大学(POSTECH)材料科学与工程系的研究团队,通过开发简单的富锂层状材料合成工艺来控制局部结构,从而实现这一目标。这种高能量密度正极材料,既能稳定地维持500多次充放电循环,又不需要使用昂贵有毒的钴金属,将成为有前景的下一代高容量正极材料之一。

电动汽车的续航里程和充放电周期,取决于可充电锂离子电池的电极材料的独特性能。当锂离子在正负极之间来回流动时,就会产生电能。在使用富锂层状材料的情况下,当大量锂被提取和插入时,循环次数急剧减少。值得注意的是,当大量锂被提取,在高电荷态下发生氧反应,就会发生结构坍塌,导致电池不能保持充放电特性或高能量密度,进行长期循环。这种循环性能恶化阻碍其商业化。

该团队曾发现,在富锂层状材料的过渡金属层和锂层之间的原子均匀分布,可能是激活富锂层状材料电化学反应和循环性能的重要因素。该团队进行了一项研究,以控制合成条件,提升原子在结构中的分布程度。该团队利用固态反应,开发了一种简单而高效的新工艺,可用于制造原子分布优化的正极材料。结果表明,从电化学活性和循环性能方面看,这种合成富锂层状材料具有优化的局域结构,使大量锂得到重复利用。实验还证实,在数百次循环中,氧的氧化还原反应也是稳定可逆的。

比起能量密度为600Wh/kg的常规商用高镍层状材料(如LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2),在这种优化条件下,合成无钴富锂层状材料在1100wh/kg下的可逆能量要高180%。即使去除了大量的锂,也能保持稳定的结构,使电池在经过100次循环后,可以保持95%左右的容量,经过500次循环后为83%。借助于这一突破性性能,预计电池经过数百次循环后仍能保持稳定的高能量。

研究人员表示:“对于下一代高容量富锂层状材料来说,循环性能是重要问题之一。这些研究结果的意义在于,通过相对简单地改变工艺,使这一问题得到了极大改善。”

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