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科研成果

肖利教授团队在锂离子电池高镍三元正极材料取得进展

2022125日据悉,秘书你的兔子好软水好多肖利教授在国际期刊中科院一区期刊《应用表面科学》(applied surface science,影响因子为7.392)上发表了研究论文“Simultaneous Li2MoO4 coating and Mo6+ doping improves the structural stability and electrochemical properties of nickel-rich LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2

近年来,新能源汽车产销两旺,随着国内外市场需求持续增长,以及高端乘用车对续航里程的要求增加,锂离子电池高镍三元正极材料LiNixCoyMn1-x-yO2NCM)因其具有高能量密度而成为研究热点。然而,高镍三元正极材料普遍因表面碱含量过高、材料内部阳离子混排严重等缺陷而引起循环过程容量衰减严重、表面过渡金属被降解,导致材料循环稳定性及安全性能差。因此,优化高镍三元正极材料的结构并提高电化学性能具有重要意义。

本工作通过固相烧结法将MoO3LiNi0.83Co0.11Mn0.06O2NCM831)进行复合来改善高镍三元正极材料的表面性能和内部结构(如图1所示)。一方面,在焙烧过程中高镍三元颗粒表面残锂与MoO3反应生成Li2MoO4涂层,可以有效避免电解液侵蚀电极导致材料表层过渡金属被降解,从而,提高材料的循环稳定性;另一方面,高价态Mo6+通过颗粒表面的孔隙掺杂进入NCM831颗粒内部,一定程度上缓解了高镍三元正极材料阳离子混排现象并扩大主体材料晶格间距,从而,提升锂离子扩散效率(如图2所示)。同时,采用恒流充放电、交流阻抗法、循环伏安法等测试对NCM831及改性样品进行电化学性能测试,结果表明,相对于原始样品NCM831,复合适量的MoO3所得的改性样品展现出更加优异的循环性能、倍率性能等(如图3所示),这是因为Li2MoO4涂层一定程度上避免了电解液侵蚀电极,并缓解充放电过程中材料发生不可逆相转变,而Mo6+掺杂进入颗粒内部可增强材料的平均键能。该工作为改善锂离子电池高镍三元正极材料提供了一种可行方案,为高续航能力电极材料的生产和设计提供了重要的参考。

1. MoO3复合NCM831流程图与机理图

2. NCM831与改性样品微观形貌、结构分析

3.NCM831Mo+NCM831-1.0的电化学性能分析

该论文的第一作者为硕士研究生滕涛,通讯作者为肖利教授,该研究工作得到了国家自然科学基金、湖南省教育厅基金项目的资助。

论文链接:https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2022.154101


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