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锂离子电池富Ni层状正极有望实现商业化?!

2018-6-27
        近日,来自美国太平洋西北国家实验室和加拿大西安大略大学的科研人员,通过调控晶界结构和化学过程,获得了具有优异循环稳定性的锂电池层状富Ni正极材料。该研究成果以题为“Tailoring grain boundary structures and chemistry of Ni-rich layered cathodes for enhanced cycle stability of lithium-ion batteries”的文章,发表于国际期刊Nature Energy上。
锂离子电池富Ni层状正极有望实现商业化?!
        目前,锂离子电池富镍系正极材料LiNi1-xMxO2(1-x>0.6;M=Co,Mn,Al等)具有高容量、低成本而被认为是传统材料最有希望的替代者[2]。但是,层状结构的富镍系正极材料由于分解和晶格相变:容易吸收空气中的CO2和H2O发生副反应生成Li2CO3和LiOH杂质,生成的杂质和电解液发生反应在材料表面形成绝缘层;同时Ni2+容易从过渡金属层迁移到锂层,造成离子混排;高活性Ni4+也会加速电解液分解,导致电解液耗尽,极易发生容量和电压的衰减,这成为该材料商业化面临的一大挑战。正极颗粒表面改性的常规方法可以部分缓解,但仍然无法从根本上解决问题。
        研究人员首先制备得到富Ni层状正极材料(NMC)二次颗粒,然后通过原子层沉积将固态电解质(Li3PO4,LPO)注入,再通过600℃高温退火,得到晶界灌注LPO的层状NMC正极材料。该方法极大地提高了正极的容量保持率和电压稳定性。研究人员发现,注入在边界的固体电解质不仅充当锂离子传输的快速通道,而且能够防止液体电解质穿透到晶界,消除了由此带来的各种副反应,包括正极-液体电解质界面反应,粒间裂纹和相转变。
        该方法极大地增强了正极材料的容量保持率和体积变化稳定性,为锂离子电池先进正极材料的设计开发提供了新的思路,有望实现锂离子电池富镍正极材料的商业化。
参考文献
[1] Pengfei Yan, JianmingZheng,Xueliang Sun, Chongmin Wang, Ji-Guang Zhang et al. Tailoring grainboundary structures and chemistry of Ni-rich layered cathodes for enhancedcycle stability of lithium-ion batteries. Nature Energy 2018.
[2] 严亮 吴层 段建国. 锂离子电池富镍正极材料表面化学及改性研究. 广州化工, 2017, 10, 12-13.
本文由苏州亚科科技股份有限公司编辑