摘要:我们利用飞行时间二次离子质谱 (TOF-SIMS) 和 X 射线光电子能谱 (XPS) 结合电化学技术对循环高镍(LiNi 1-x M x O 2 ,M = 金属)、富锂(Li 1+x Mn y M 1-xy O 2)和高压尖晶石(LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4 )电极进行了全面研究,以更好地了解它们在循环过程中阴极-电解质中间相 (CEI) 结构的变化。TOF-SIMS 提供有关每个电极表面膜含量的碎片特定信息。高镍正极显示出厚的表面膜,最初含有 Li 2 CO 3,随后在循环过程中形成氧化有机碳酸盐。富锂电极表面膜在首次活化循环期间会形成强特性,其中释放的 O 2 会氧化有机碳酸酯形成聚合碳并分解 LiPF 6 。高压尖晶石电极在标准电解质稳定性窗口之外运行,产生活性氧化电解质物质,进一步分解 LiPF 6 。通过 TOF-SIMS 测量这些不同化学碎片的分布和浓度,最终通过循环高镍、富锂和高压尖晶石电极的彩色高分辨率图像进行总结。
在高电荷状态下缺乏结构稳定性,需要较低的放电截止电压才能获得足够的容量。[5] 相比之下,多聚阴离子化合物通常具有三维稳健框架,与层状氧化物相比,可提供更好的循环稳定性和更平坦的电压曲线。此外,由于多聚阴离子基团(如(PO 4 ) 3 − 、(P 2 O 7 ) 4 − 和(SO 4 ) 2 − )的诱导效应,可以获得更高的工作电压,[6] 使这些化合物成为稳定、高能量密度钠离子电池正极材料的有趣候选者。研究最多的多聚阴离子钠离子正极材料是含钒磷酸盐 Na 3 V 2 (PO 4 ) 3 (NVP)[7,8] 和氟磷酸盐 Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 (NVPF)。 [9] NVPF 在 3.9 V 时的理论容量为 128 mAh g −1(每个分子式单位 2 个电子),比能达到 500 Wh kg −1。此外,可以通过用 O 取代 F 阴离子来调节 NVPF 的电化学性能,形成完全固溶体 Na 3 V 2 (PO 4 ) 2 F 3 − 2 y O 2 y(0 ≤ y ≤ 1)。[10] 例如,Bianchini 等人。表明,在低压端,可以将额外的Na插入Na3V2(PO4)2O2F中,放电时产生Na4V2(PO4)2O2F,这使得Na4V2(PO4)2O2F和NaV2(PO4)2O2F之间可以进行三电子循环。[11]然而,从NaV2(PO4)2F3到V2(PO4)2F3中提取第三个Na尚未被证明是可行的,因为Na提取电位很高(预计为≈4.9V),超出了有机钠离子电解质的稳定窗口。[12]为了降低这种高的Na提取电压,人们考虑使用阳离子替代;然而,只有少数金属阳离子(例如Al)可以取代NVPF结构中的V,其溶解度限制在0.2。[11,13]
摘要:随着新能源汽车的推广,锂离子电池产业迎来了蓬勃发展的时期,目前锂离子电池产业发展迅速,潜力巨大,因此许多研究者将目光转向锂离子电池,以获得更优质的锂离子电池。本文从锂离子电池的概述、其基本性能指标、正极材料的分类及制备方法等方面对锂离子电池正极材料进行了综述,并进一步分析了锂离子电池正极材料的现状及改性策略,以提高其电化学性能。
1 基于 NCM 811 电池化学成分的平均值;2 电池组/电池级别的性能可能有所不同。图表中的外部范围表示评估结果更佳;3 适用于钠离子应用的 CAM 正在开发中,可能会发生变化。4 快速充电,一般功率性能(内阻/低温性能);5 基于 2024 年第一季度的金属价格;6 可回收性,包括技术可行性和盈利能力
锂离子电池自20世纪90年代开始投入实用,如今已成为手机、笔记本电脑等移动设备的电源,在人们的日常生活中不可或缺的存在。主要用作电动工具电源的圆柱形18650型电池的容量已从刚上市时的1.0Ah增加到现在的3.0Ah以上。如此高的容量是通过改进正极材料、负极材料、电解液、隔膜等零部件而实现的。要将这种锂离子电池用作电动汽车(EV)和储能系统(ESS)的电源,实现更高容量的正极材料将是关键挑战。
1 伊利诺伊大学芝加哥分校化学工程系,美国伊利诺伊州芝加哥 2 阿贡国家实验室材料科学部,美国伊利诺伊州阿贡 3 伊利诺伊理工学院化学工程系,美国伊利诺伊州芝加哥 4 阿贡国家实验室纳米材料中心,美国伊利诺伊州阿贡 5 阿贡国家实验室化学科学与工程部,美国伊利诺伊州阿贡 6 阿贡国家实验室先进光子源 X 射线科学部,美国伊利诺伊州阿贡 7 阿贡国家实验室能源系统部,美国伊利诺伊州阿贡 8 加州州立大学物理与天文系,美国加利福尼亚州北岭 通讯作者联系方式:kahchun.lau@csun.edu , hau.wang@anl.gov , curtiss@anl.gov
制备浆料时,溶剂干燥后会对涂层的涂层重量产生重大影响。可以在制备浆料之前估算混合物的固体含量,但为了获得更准确的值,可以使用水分分析仪,例如 Ohaus MB120 (g)。这将加热样品以去除溶剂,同时记录其质量,一旦样品的质量停止下降,就可以给出固体含量重量百分比。
用于高容量正极材料的先进纳米涂层的研究和开发是目前固态电池(SSB)领域的热门话题。保护性表面涂层可防止正极材料与固体电解质直接接触,从而抑制有害的界面分解反应。这在使用硫代磷酸锂超离子固体电解质时尤为重要,因为这些材料的电化学稳定窗口较窄,因此在电池运行过程中容易降解。本文我们表明,LiNbO 3 涂覆的富镍 LiNi x Co y Mn z O 2 正极材料的循环性能在很大程度上取决于样品历史和(涂层)合成条件。我们证明,在 350°C 的纯氧气氛中进行后处理会形成具有独特微观结构的表面层,该表面层由分布在碳酸盐基质中的 LiNbO 3 纳米颗粒组成。如果在分别以 Li 4 Ti 5 O 12 和 Li 6 PS 5 Cl 作为阳极材料和固体电解质的颗粒堆叠 SSB 全电池中以 45 °C 和 C/5 速率进行测试,则在 200 次循环后仍可保留初始比放电容量的约 80%(~ 160 mAh·g −1 ,~ 1.7 mAh·cm −2 )。我们的研究结果强调了根据电极材料定制涂层化学对于实际 SSB 应用的重要性。
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