;
首页 > 南燕要闻 > 内容
新材料学院在锂电池三元体系领域取得重要进展
日期:2015-08-07 10:16:43   来源:新材料学院   点击:
  目前,在锂电池的研究中,与传统商业化使用的石墨负极相比,具有更高容量的负极材料不断涌现,如Sn/Co/C,Si-C等,与之相比,正极材料已经成为锂电进一步发展的瓶颈。三元体系由于具有较高的理论容量备受关注,大众认知的电动汽车巨头特斯拉(Tesla)也采用了三元NCA材料。三元体系中,层状过渡金属氧化物Li(NixCoyMnz)O2(NMC)同样具有较高的理论容量(~280 mAh/g)。我们在前期的研究中,采用碳纳米管(CNTs)包覆缠绕三元颗粒Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(NMC532)得到了全活性材料去极化三元体系,该体系摒弃了传统上对电池容量没有贡献的添加剂,如集流体、导电剂和粘结剂,在3-4.8V的充放电区间,实际可逆比容量高达250 mAh/g,遗憾的是该体系的循环性能还有待提升。

  Figure  XRD of various NMC532/CNT composite cathodes (a) and the schematic mechanisms of its activation in the prelithiation process (b)
  在北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授的指导下,由吴忠振研究员,季顺平工程师,郑家新博士等人在前期研究的基础上,通过实验与理论计算相结合,创新性地采用提前放电,使得该三元体系Li(Ni0.5Co0.2Mn0.3)O2(NMC532)具有更好的循环稳定性能,同时,该体系的去极化特性也赋予其更高的循环容量,在3-4.2V间充放,可逆循环容量达180 mAh/g(接近理论容量),充放电100次后基本无衰减。
  实验与计算结果表明,该体系在提前放电的过程中,NMC532颗粒表面生成一层主要由CNTs和有机物组成的固体电解质界面膜(SEI)(厚度~40μm),该膜的形成有效减少了活性材料表面的不可逆反应,同时,避免了三元材料中Mn2+的不断溶出,对体系良好的循环性能起到重要的作用。同时,提前放电过程中, Li+会进一步插入活性材料表面,出现双层Li的现象,双层Li的出现,对材料的容量和倍率性能提升均有贡献。总之,提前放电的研究思路,不仅适用于该体系,对众多电池材料的研究均有参考价值。目前,该研究成果发表在最近一期的国际新材料一级杂志-《纳米快报》(Nano Letters,DOI: 10.1021 ,SCI 影响因子 13.5)上。

相关链接
http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.nanolett.5b02246
PDF链接
Zhongzhen Wu,† Shunping Ji,† Jiaxin Zheng,† Zongxiang Hu, Shu Xiao, Yi Wei, Zengqing Zhuo, Yuan Lin, Wanli Yang, Kang Xu, Khalil Amine, and Feng Pan* Prelithiation Activates Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2 for High Capacity and Excellent Cycling Stability, Nano Letters(2015), DOI: 10.1021
 

上一篇:新材料学院与美国阿贡国家实验室协同研发动力电池材料
下一篇:信息工程学院ADSP实验室参加DSP2015国际会议