吴忠振老师和季顺平工程师在锂电池三元体系领域取得重要进展
时间：2015-12-27
| 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。 |
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| 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，由吴忠振特聘研究员，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。 |
