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重磅!北京理工大学陈人杰与李丽等学者在Nature Communications上发表高水平研究成果

论论资讯 | 2023-12-07 3热度

Nature Communications

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Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries

Dai Zhongsheng; Li Zhujie; Chen Renjie; Wu Feng; Li Li

Published:2023-12-06
DOI:10.1038/s41467-023-43792-0

研究背景

随着人们对环境保护和可持续发展的关注,电动汽车的需求越来越大,而锂离子电池是电动汽车的主要能源来源。然而,锂离子电池的能量密度和寿命等问题仍然存在。其中,正极材料的性能对电池性能有着至关重要的影响。目前,提高正极材料的工作电压是实现高能量密度锂离子电池的有效途径之一。但是,高电压下材料表面的氧化物会与电解质发生反应,导致电池寿命缩短,甚至引发热失控事故。如何解决这个问题是当前研究的热点之一。

研究内容

近日,一篇题为“Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries”的论文在Nature communications上发表。该研究提出了一种新的方法,通过调节退火温度来制备富含氧空位的La<sub>2</sub>Mo<sub>2</sub>O<sub>9</sub>惰性相,以降低高电压下材料表面氧化物与电解质的反应。研究人员采用LiNi<sub>0.8</sub>Co<sub>0.1</sub>Mn<sub>0.1</sub>O<sub>2</sub>作为模型体系,并将其扩展到更高电压的LiCoO<sub>2</sub>和富锂正极材料。研究结果表明,引入镧和钼离子可以转移电子以增强表面氧的电负性,从而充当“氧锚”以减轻氧的析出。此外,β相La<sub>2</sub>Mo<sub>2</sub>O<sub>9</sub>可以实时捕获并储存可能释放的氧,从而有效地减少了氧与电解质反应的可能性,提高了电池的电化学性能。经过400次循环后,1.5-Ah袋式全电池的容量损失仅为6.0%。

研究意义

该研究提出了一种新的方法来解决高电压下材料表面氧化物与电解质反应的问题,为实现高能量密度锂离子电池提供了新思路。通过引入富含氧空位的惰性相,并利用其作为“氧锚”,有效地减轻了氧的析出,提高了电池的电化学性能。这项研究的创新点在于,利用La<sub>2</sub>Mo<sub>2</sub>O<sub>9</sub>惰性相来减轻氧的析出,并通过实时捕获和储存氧来减少氧与电解质的反应。这些发现为锂离子电池的研究和应用提供了新的思路和方法。

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