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胡文彬与陈亚楠等2024年最新Nano-Micro Letters论文:锂离子电池中富镍层阴极的最终合成反应速率

论论资讯 | 2024-06-07 1265热度

Nano-Micro Letters

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Approaching Ultimate Synthesis Reaction Rate of Ni-Rich Layered Cathodes for Lithium-Ion Batteries

Liu Zhedong; Zhang Jingchao; Luo Jiawei; Guo Zhaoxin; Jiang Haoran; Li Zekun; Liu Yuhang; Song Zijing; Liu Rui; Liu Wei-Di; Hu Wenbin; Chen Yanan

Published:2024-06-06
DOI:10.1007/s40820-024-01436-y

研究背景

随着电动汽车和便携式电子设备的普及,对高能量密度锂离子电池的需求日益增长。镍富集层状氧化物LiNi<sub>x</sub>Co<sub>y</sub>Mn<sub>z</sub>O<sub>2</sub>(NCM)是目前最有潜力的高能量锂离子电池正极材料。然而,传统的合成方法面临着加热速度慢、反应动力学迟缓、能耗高和反应时间长等问题,限制了其大规模生产和应用。

研究内容

本研究首次采用高温冲击(HTS)策略,实现了NCM材料的快速合成。在HTS过程中,从Ni<sub>0.6</sub>Co<sub>0.2</sub>Mn<sub>0.2</sub>(OH)<sub>2</sub>到含锂氧化物的固相转变的平均反应速率达到了惊人的66.7%每秒,整个过程仅需1.5秒。这种超高的加热速率极大地加速了反应动力学,从而实现了NCM正极材料的快速相变。研究结果显示,通过HTS合成的镍富集层状氧化物在200次循环后仍保持优异的循环性能,NCM523和NCM622的容量保持率达到了94%,NCM811为80%。

研究意义

本研究的创新之处在于开发了一种高效的合成方法,显著提高了镍富集层状氧化物的合成效率和性能。这一技术的成功应用不仅解决了传统合成方法的瓶颈问题,而且为高能量锂离子电池的大规模生产提供了可能。此外,该技术还有助于推动电动汽车和可再生能源存储系统的发展,对实现能源的高效利用和环境保护具有重要意义。 通过这项研究,我们看到了未来锂离子电池材料合成技术的巨大潜力,预示着电池性能的进一步提升和成本的进一步降低,为清洁能源技术的发展开辟了新的道路。

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