0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

提高无钴富镍层状正极的循环稳定性

清新电源 来源:新威 作者:煎蛋 2022-10-18 15:48 次阅读

01 存在问题

随着对高能量密度锂离子电池需求的日益增长,其原材料的供应也越来越紧张。值得注意的是,如果层状Li[NixCoyMn1–x–y]O2(NCM)和Li[NixCoyAl1–x–y]O2(NCA)仍然是电动汽车电池正极材料的主流选择,那么到2035年Co将供不应求。同时,钴产量占全球70%的刚果民主共和国钴矿开采所涉及的社会和政治问题,进一步加剧了钴供应的不确定性。

因此,如何去除NCM和NCA正极中的Co,是锂离子电池,特别是电动汽车用锂离子电池产业可持续发展面临的一个严峻挑战。然而,从NCM和NCA正极中除去Co是很困难的,因为即使是少量的Co也能起到稳定结构,加速Li插层动力学的作用。

02 解决方案

Li[Ni0.9Mn0.1]O2(NM90)是一种典型的无钴富镍层状正极,然而其电化学性能较差,不适合用于电动汽车电池。研究加入1 mol%的不同氧化态的掺杂剂(Co3+, Al3+,Ti4+、Nb5+、Ta5+、W6+或Mo6+)来提高NM90的长循环和热稳定性。

通常来说,由于充电结束阶段H2→H3相变受到抑制,掺杂正极的放电容量要大大低于未掺杂NM90。Co加速了该相变以提供额外的容量,而高价掺杂剂减慢了该相变,但提高了循环稳定性。因此,为了从掺杂高价离子的正极中提取更多锂离子,研究将截止电压提高到4.4 V,并添加氟乙烯碳酸酯来减轻电解液在高电压下的分解。

65471adc-3f83-11ed-9e49-dac502259ad0.png

1无钴正极的电化学循环性能和机械稳定性对比。a,使用EF91电解质(1.0M LiPF69:1 (v/v)甲酯碳酸乙酯:氟乙烯碳酸酯)匹配未掺杂和掺杂的无Co NM90正极组装得到的全电池的循环性能。b-d,使用EF91电解液1000次循环后,NM90和Mo-NM90正极颗粒的截面扫描电镜图和化学相图(红色和绿色分别代表Ni2+和Ni3+)的对比。2022, Park, G-T. et al.

在所有掺杂的NM90正极中,掺杂Mo离子的正极(Mo-NM90)具有最好的循环稳定性,在1000次循环后,其全电池容量保持率为86%(图1a)。进一步研究表明,Mo-NM90正极晶粒尺寸的细化和阳离子有序化是其表现出良好循环稳定性的主要原因。

钼离子沿颗粒边界偏析,在高温锂化过程中抑制晶粒生长,从而导致正极晶粒尺寸细化。超细结构中晶界的偏转可以缓解正极在充电结束时晶格突然收缩产生的裂缝,增加断裂韧性(图1b-d)。这些晶界也可以作为Li+的快速扩散路径,消除了成分的局部不均匀性,从而抑制晶内断裂。

由Mo离子的存在引起的阳离子有序,即Li和Ni离子的有序混合,稳定了由于锂离子的不均匀脱出而结构脆弱的脱锂态的正极。因此,在高电压下循环的Mo-NM90正极能够表现出可观的容量和电池寿命。

03 研究意义

该研究表明,开发高性能的无钴层状正极不再是一个棘手的目标。研究提出的Mo-NM90正极在高电压下循环是可以利用目前的制造技术实现的一种经济可行的解决方案。此外,研究通过阐明Co在Li+从主体结构中脱出过程中的作用,为选择掺杂元素,以保证无Co层状正极的结构和机械耐久性提供了材料设计准则。

这一认识将为开发无钴正极和改进富镍层状正极提供指导。根据过去的经验,我们选择Mo作为最优掺杂元素。基于密度泛函理论,计算的一种更基本的方法可以用来研究掺杂剂对H2→H3相变的物理效应,并能够验证一系列掺杂元素。通过添加第四种元素来进一步改善正极的性能是可能的,这需要实验和理论工作结合来缩小选择范围。

Mo-NM90提供的能量密度可能不足以满足未来电动汽车的需求。增加Li[NixMn1-x]O2中Ni含量至x=0.9以上并稳定其结构,将是一项艰巨的任务。因此,目标是发展我们的设计原则,以开发Li[NixMn1-x]O2x>0.9的正极。此外,我们计划研究高价掺杂对低镍无钴正极材料的影响,因为对富镍高能量密度层状正极的需求可能会提高镍的价格,并使其未来短缺。




审核编辑:刘清

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 锂离子电池
    +关注

    关注

    85

    文章

    3238

    浏览量

    77700
  • 电解液
    +关注

    关注

    10

    文章

    848

    浏览量

    23098
  • 电动汽车电池

    关注

    0

    文章

    25

    浏览量

    9804

原文标题:Nat. Energy研究简报:具有长循环稳定性的无钴层状富镍正极

文章出处:【微信号:清新电源,微信公众号:清新电源】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    稳定性锂锰基正极材料

    研究背景 锂锰基层状氧化物(Li1+x[NiMnCo]1-xO2,LMR-NMC)具有氧阴离子氧化还原的额外容量和出色的价格竞争力,因而是下一代锂离子电池(LIBs)的潜在正极材料。然而,因为在
    的头像 发表于 12-10 10:39 182次阅读
    高<b class='flag-5'>稳定性</b><b class='flag-5'>富</b>锂锰基<b class='flag-5'>正极</b>材料

    北大潘锋ACS Nano:高熵岩盐表面层稳定超高单晶正极

    【研究背景】 近年来,电动汽车、储能电网和消费电子等领域对高能量密度、长寿命锂电池的需求不断增加,推动了超高单晶层状氧化物作为下一代锂电正极材料的研究。超高单晶因其潜在的高能量密度
    的头像 发表于 12-10 10:32 212次阅读
    北大潘锋ACS Nano:高熵岩盐表面层<b class='flag-5'>稳定</b>超高<b class='flag-5'>镍</b>单晶<b class='flag-5'>正极</b>

    定量识别掺杂位点:解锁正极材料的高性能与稳定性

    研究背景 随着电子设备和电动汽车对高能量密度电源需求的增长,锂离子电池(LIBs)的正极材料成为了研究的热点。然而,大多数正极材料存在诸如锂储存能力低、动力学缓慢和电化学不稳定性等固有缺陷。为了解
    的头像 发表于 12-09 09:15 208次阅读
    定量识别掺杂位点:解锁<b class='flag-5'>富</b>锂<b class='flag-5'>正极</b>材料的高性能与<b class='flag-5'>稳定性</b>

    有源晶振与源晶振稳定性比较:为何有源晶振更胜一筹?

    晶振是电子行业中不可或缺的组件,它为各种电子设备提供精确的时钟信号。根据是否内置振荡电路,晶振可以分为有源晶振和源晶振。晶发电子将深入探讨两者的稳定性差异,并解释为何有源晶振在许多应用中更为可靠
    发表于 10-14 16:54

    简化稳定性检查

    电子发烧友网站提供《简化稳定性检查.pdf》资料免费下载
    发表于 10-11 11:23 0次下载
    简化<b class='flag-5'>稳定性</b>检查

    提高电器应用的TLC59283控制环路稳定性

    电子发烧友网站提供《提高电器应用的TLC59283控制环路稳定性.pdf》资料免费下载
    发表于 08-30 10:15 0次下载
    <b class='flag-5'>提高</b>电器应用的TLC59283控制环路<b class='flag-5'>稳定性</b>

    凤凰动力舵轮驱动轮的稳定性如何影响AGV的运行效率和稳定性

    的准确性。一个稳定的舵轮能够确保AGV在复杂的工作环境中精确地按照预定路径行驶,避免偏离或产生误差。这有助于提高AGV的导航精度,减少因定位不准确而导致的重复作业或无效移动,从而提高运行效率。 其次,舵轮的
    的头像 发表于 08-27 13:20 326次阅读
    凤凰动力舵轮驱动轮的<b class='flag-5'>稳定性</b>如何影响AGV的运行效率和<b class='flag-5'>稳定性</b>

    单晶正极容量快速失效机制分析!

    随着电动汽车领域高速发展,对长续航动力电池体系的需求也不断增长。研究发现,层状氧化物LiNixCoyMn1−x−yO2 (NMC,x>0.5)是一种潜在高能量密度电池正极材料。
    的头像 发表于 05-27 10:49 835次阅读
    单晶<b class='flag-5'>富</b><b class='flag-5'>镍</b><b class='flag-5'>正极</b>容量快速失效机制分析!

    开发高性能锂离子电池正极的掺杂策略

    NCM阴极固有的化学和结构不稳定性导致了容量快速衰减、热不稳定性、气体演化和安全等问题。
    的头像 发表于 04-24 09:04 1656次阅读
    开发高性能锂离子电池<b class='flag-5'>富</b><b class='flag-5'>镍</b><b class='flag-5'>正极</b>的掺杂策略

    如何提高旋转花键运行稳定性

    现代化精密仪器设备中,精密仪器的稳定工作性能对于生产效率和产品质量至关重要,运行效率和精度是常见问题。旋转花键作为机械传动系统中的重要组成部分,其稳定性也是直接影响到机械装配的质量和使用寿命
    的头像 发表于 04-10 17:40 458次阅读
    如何<b class='flag-5'>提高</b>旋转花键运行<b class='flag-5'>稳定性</b>?

    大有用处!柯肯达尔效应诱导超高正极材料单颗粒的应力分布

    层状氧化物正极材料(含量≥80%)具有高容量、高能量密度的特点,有望满足新一代动力电池的发展要求,但随着含量的提升,此类
    的头像 发表于 03-20 15:18 1061次阅读
    大有用处!柯肯达尔效应诱导超高<b class='flag-5'>镍</b><b class='flag-5'>正极</b>材料单颗粒的应力分布

    利用太阳辐射直接修复正极

    锂(Li)和锰(Mn)层状氧化物材料(LMRO)因其高能量密度而被认为是最有前途的下一代电池正极材料之一。
    的头像 发表于 03-11 09:12 1110次阅读
    利用太阳辐射直接修复<b class='flag-5'>富</b>锂<b class='flag-5'>富</b>锰<b class='flag-5'>正极</b>!

    什么是热电偶稳定性?影响热电偶稳定性的主要因素

    什么是热电偶稳定性?影响热电偶稳定性的主要因素 热电偶热稳定性怎样检测? 热电偶稳定性是指热电偶在一定时间范围内的温度测量值的稳定程度。在实
    的头像 发表于 03-08 15:32 1619次阅读

    晶振的频率容差定义 振荡器稳定性的重要性 影响频率稳定性的因素

    晶振的频率容差的定义 振荡器稳定性的重要性 影响频率稳定性的因素以及提高晶振耐受性和稳定性的方法 晶振是一种利用晶体材料振荡产生固定频率的设备。在电子设备中,晶振被广泛应用于时钟信号源
    的头像 发表于 01-26 17:12 1127次阅读

    什么是晶振的频率稳定性?如何确保晶振的稳定性呢?

    什么是晶振的频率稳定性?如何确保晶振的稳定性呢? 晶振的频率稳定性是指晶振在工作过程中频率的变化程度。对于许多电子设备和系统而言,晶振频率的稳定性是非常重要的,因为它直接影响到设备的精
    的头像 发表于 01-24 16:11 1331次阅读