锂电池三元层状NMC材料研究取得进展
作者:leye乐鱼娱乐app 发布时间:2021-11-20 01:41
本文摘要:锂离子电池作为一种清洁能源存储器件,随着其普遍应用于我们的日常生活之中,它的安全性问题也更加不受注目,比如最近屡屡再次发生的手机电池过程中发生爆炸或发生爆炸等。

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锂离子电池作为一种清洁能源存储器件,随着其普遍应用于我们的日常生活之中,它的安全性问题也更加不受注目,比如最近屡屡再次发生的手机电池过程中发生爆炸或发生爆炸等。三元层状材料Li(NixMnyCoz)O2(NMC)(x+y+z=1)具备较高的理论容量,不易制备,以及比较较低的价格,是目前应用于锂离子电池尤为普遍的负极材料(如大多数手机和特斯拉电动汽车所使用的负极材料),也是北京大学深圳研究生院新材料学院协同深圳企业正在积极开展的国家电动汽车动力电池根本性创意工程的关键负极材料。但是其安全性性能较好,当过充或加热时更容易引起结构毁坏或热力学,从晶格获释氧气,与有机电解液认识后更容易起火燃烧,相当严重的会引起发生爆炸。这也沦为其应用于电动汽车动力电池的众多挑战。

理论计算出来和实验测量获得三元层状材料电池(干锂)过程中接续巯基温度的变化  北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授团队,对锂电池三元层状NMC材料积极开展了系统研究,对锂的蔓延机理及高低温的性能积极开展了系统的研究(J.Am.Chem.Soc.,2015,137(26),pp8364),并找到NMC622具备最差的高低温的性能(AdvancedEnergyMaterials2015,DOI:10.1002/aenm.201501309)。最近他们通过第一性原理计算出来和实验检验,找到三元层状负极材料的稳定性与晶格结构中最不稳定的氧有关,而氧的稳定性又由其基本的配位单元要求(TM(Ni,Mn,Co)3-O-Li3-x:每个氧和过渡性金属层中的三个过渡性金属离子配位,同时和锂层中的0到3个锂离子配位)。

通过此模型,他们系统地说明了了层状材料中锂的含量、过渡性金属元素的含量及价态、Ni/Li反位缺失等因素对氧稳定性的调控。这将为今后三元层状材料锂离子电池稳定性的优化获取最重要线索和理论指导。上述研究成果以全文形式公开发表于国际知名期刊《美国化学会志》(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,13326,13334)上。

  新材料学院特聘研究员郑家新的、2014级博士研究生刘同超、硕士研究生胡宗祥为以上工作的联合第一作者,潘锋教授为通讯作者。合作单位还包括美国阿贡国家实验室,西北太平洋国家实验室,深圳天骄、沃特玛等锂离子电池企业。

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以上工作获得了国家材料基因组根本性专项、广东省创意团队、深圳市科技创新委基金的资助。


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