首次使用就损失10%以上容量?锂电池发明者:现在一种新涂层就能改善了
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2021-07-30 15:21 星期五
财联社 黄君芝

财联社(上海,编辑 黄君芝)讯,众所周知,锂电池的续航时间会随着时间的推移明显下降。但事实上,它在第一次使用的时候就会损失相当一部分的容量,这主要是由于在电池循环过程中形成的杂质导致的。

现在,由诺贝尔奖获得者、可充电锂电池的发明者领导的一个团队可能已经找到了这个问题的解决方案——一种新的涂层,可以在一开始就防止上述容量的损失。

据悉,在锂电池的循环过程中,这些杂质会累积在电池富镍阴极中。而尽管镍是能量密度的关键,但同时它也是不稳定的:在第一次充放电循环中,这会导致杂质在阴极表面形成,从而立即降低电池存储容量的10%到18%。

此外,镍会在阴极结构的表面下产生不稳定性,随着时间的推移,也会开始降低电池的存储容量。这项研究已发表在《ACS能源快报》(ACS Energy Letters)杂志上。

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2019年,Stanley Whittingham与其他两位科学家因在上世纪70年代开发锂离子电池而获得诺贝尔化学奖。自那以后,这项技术已经取得了长足的进步,但包括Whittingham在内的研究人员仍在努力通过实验不同的材料来改进它们,其中一种很有前途的阴极材料是一种名为NMC 811的镍锰钴材料。

在Whittingham的带领下,由纽约州立大学宾汉姆顿分校、能源部和橡树岭国家实验室的研究人员组成的团队对NMC 811进行了多项化学研究。希望这将防止阴极中的不稳定性,研究人员通过X射线和中子衍射研究对这一点进行了调查。

研究作者Zhou Hui说:“中子很容易穿透阴极材料,揭示了铌和锂原子的位置,这让我们能更好地了解铌改性过程是如何工作的。中子散射数据表明,铌原子稳定了表面,减少了第一次循环损失,而在较高的温度下,铌原子取代了阴极材料内部更深的一些锰原子,以提高长期容量的保留。”

研究人员发现,通话这种镍锰钴材料,锂电池在首次充电循环中就能减少容量损失。最终,它也提供了更好的长期性能:在250个充电周期内容量保持率达到 93.2%。科学家们认为新的电池设计有很大的潜力,特别是在高密度存储是一个优先事项的情况下,例如在电动运输领域。

“电化学性能和结构稳定性方面让NMC 811成为一种候选的阴极材料,可用于更高能量密度的应用,如电动汽车。”Whittingham补充说,“结合铌涂层和铌原子取代锰原子可能是增加初始容量和长期容量保留的更好方法。利用目前NMC材料的多步骤制造工艺,这些修改可以很容易地进行放大。”

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