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新型无钴高压尖晶石正极材料问世 具有高面积容量

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(图片来源:LESC官网)

58京牌 ,加州大学圣地亚哥分校(UCSD)和得克萨斯大学奥斯汀分校(University of Texas at Austin)的研究人员,以及美国陆军研究实验室和劳伦斯伯克利国家实验室的同事们,开发出一种无钴高压厚尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4 (LNMO)) 正极材料,具有高面积容量(areal capacity)。

开发领先的高能量密度和低成本正极材料,一直是电池材料研究方面的主要目标。而开发无钴正极材料,是降低现有锂离子电池价格的重要理念之一。值得注意的是,锂离子电池的成本和可持续性,不仅受到钴和镍产量的限制,还可能受到锂元素本身的限制。

研究人员表示:“钴价格波动较大,镍价格轻微下降,而锂的价格持续上涨。随着和储能设备的大规模普及,预计锂资源的价格和利用率将会更高。因此,开发低锂、低成本的锰、铁、铝等正极材料势在必行。”

高压尖晶石(LNMO)具有高能量密度、低成本和更高的安全性,是最有希望实现商业化的新型正极材料之一。研究人员指出,更重要的是,LNMO中不含昂贵的钴或过多的锂,具有成本效益,适合应用于动力电池和大规模能源存储领域。

然而,这种材料存在两个缺点:电导率较低,工作电压高,导致全电池容量快速退化。研究人员称:“通过系统化地解决这些困难,我们成功地开发出厚LNMO电极,面积容量负载可达3 mAh·cm−2。在纽扣型电池和软包电池中,经过优化的厚电极搭配商业化石墨负极,在300次循环后,全电池容量保持率分别达到72%和78%。我们将这种优异的循环稳定性,归功于对电池组件和测试条件的精心优化,尤其是提高电导率和高电压兼容性。

“这些结果表明,精确控制材料的质量、电极结构和电解液的优化程度,可以支持开发基于厚LNMO正极(大于4 mAh·cm2)的无钴电池系统,最终满足对下一代锂离子电池的需求,降低成本,提高安全性,并保证可持续发展。”

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