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研究人员开发缓解正极降解的策略 提升锂离子电池性能

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58京牌 作为和消费电子产品等可再生应用的高性能电源,锂离子电池(LIB)需要能提供高能量密度、而不影响电池寿命的电极。,美国西北大学(Northwestern University)等机构的研究人员探讨高能量密度LIB电池正极材料发生降解的根源,并开发缓解降解机制的策略,以提升LIB电池性能。

                       图1:不同放大倍数下初合成的NCA的扫描电子显微镜图像;图2:显示Gr-R-nNCA颗粒表面的透射电镜图像                      (图片来源:AIP Publishing)

此项研究可能对许多新兴应用有价值,特别是和可再生能源(如风能和太阳能)电网级储能应用。

研究人员Mark Hersam表示:“LIB电池的降解机制大部分发生在与电解液接触的电极表面。我们尝试了解这些表面上发生的化学反应,然后制定策略,以将降解程度降至最低。”

研究人员利用表面化学特征,来识别和减少在NCA(镍、钴、铝)纳米颗粒合成过程中残留的氢氧化物和碳酸盐杂质。他们发现,制备LIB正极表面时,首先需要使其经过适当退火,将正极纳米颗粒加热以去除表面杂质,然后通过原子厚度石墨烯涂层,将其锁定至理想结构。

在LIB电池中,用带石墨烯涂层的NCA纳米粒子制成的正极,表现出优异的电化学性能,包括低阻抗、高倍率性能、高体积能和功率密度,以及持久的循环寿命。在电极表面和电解液之间,石墨烯涂层还能起到屏障作用,从而进一步提高电池寿命。

研究人员认为,单独使用石墨烯涂层就足以提高性能。然而结果显示,在应用石墨烯涂层之前,对正极材料进行预退火以优化其表面化学性能,具有重要意义。

目前这项工作主要集中在富镍LIB正极上。该方法也可以推广至其他类型的储能电极,如钠离子或镁离子电池,其中含有高比表面积纳米结构材料,将为开发基于纳米颗粒的高性能储能设备铺平道路。

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