综合新闻 News
联系我们
  • 客服服务电话:021-64321087
  • 商业服务电话:13918059423
  • 技术服务电话:13918059423
  • 联系人:崔老师 
  • 服务邮箱:shxtb@163.com
  • 地址:上海市徐汇区桂林路100号8号楼107室

上海硅酸盐所在高电压层状正极研究中取得系列进展

日期: 2023-02-06
浏览次数: 54

以下文章来源于中科院上海硅酸盐所 ,作者中科院上硅所

电动汽车和3C电子产品续航能力的提升取决于锂离子电池能量密度。锂离子电池正极材料是决定器件能量密度的核心关键。过渡金属层状氧化物(如钴酸锂和镍钴锰三元材料)是被广泛应用的锂离子电池正极材料,具有极高的理论比容量。然而,该类材料的实际容量仅为理论容量的50% - 65%,核心瓶颈在于上限电压低(4.2 V)无法完全释放其储能潜力。通过提升层状氧化物正极的上限电压以实现材料比容量的提升是储能领域的研究热点,然而高电压下层状氧化物正极面临晶体结构破坏、电解液过度分解、晶格氧氧化析出和过渡金属溶解等问题,可导致电池性能快速衰减甚至产生燃爆等安全问题。

近年来,中国科学院上海硅酸盐研究所先进材料与新能源应用研究团队针对高电压下层状氧化物正极的晶体结构稳定性、表界面稳定性和低温性能不足等问题,发展出了浅表层梯度掺杂和可控表界面均匀包覆等策略,实现了高电压下层状氧化物正极的高循环稳定、高比容量、高倍率和优异低温性能,取得系列进展,支撑了融合高比能电池器件性能实现突破。

 

相关文章链接:

Nat. Energy 2023. (https://doi.org/10.1038/s41560-022-01179-3); ACS Energy Lett. 2023 (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.2c02434); Chem. Eng. J. 2022. (https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.135227)ACS Appl. Mater. Interfaces 2022. (https://doi.org/10.1021/acsami.2c02818); Dalton Trans. 2022. (https://doi.org/10.1039/D2DT01296K)

上海硅酸盐所在高电压层状正极研究中取得系列进展

上海硅酸盐所在高电压层状正极研究中取得系列进展

改性高镍三元正极的制备、形貌与电化学性能

 

针对高镍三元多晶正极高电压稳定性问题,该研究团队从中国传统瓷器艺术品裂纹釉中获得灵感,通过有机氟酸与植酸处理并结合高温煅烧制备出高稳定过渡金属氟化物和耐高压橄榄石型过渡金属磷酸盐在一次/二次颗粒界面均匀包覆高镍三元正极,显著抑制材料晶间裂纹生长、提升高电压稳定性和倍率性能。

上海硅酸盐所在高电压层状正极研究中取得系列进展

改性钴酸锂正极的微结构示意图与低温电化学性能

 针对钴酸锂正极高压和低温性能差的问题,该团队通过一种新颖且简便的软化学法制备了浅表层Zr掺杂和表面非晶磷酸锆/磷酸锆锂表面均匀包覆的钴酸锂正极材料。得益于较高的界面相容性和更小的电压极化,改性材料在‒25 ºC4.6 V上限电压下表现出高可逆比容量(最高达常温容量的95%)、优异循环稳定性和高倍率性能(5C),并深入研究了低温下正极表面和体相的演化机理。

上海硅酸盐所在高电压层状正极研究中取得系列进展

“渗镧”工艺示意图及“渗镧”LiCoO2的微结构表征

 针对层状金属氧化物正极高电压下发生固相晶格氧氧化析出导致结构崩坏问题,该团队创新提出了一种基于表面离子交换反应实现正极表面钝化的“渗镧”策略,在正极材料表面引入了数纳米厚、均匀且晶格相干的应变钙钛矿重构层,在高电压下可实现高价态氧在其氧空位中的可逆存储,从而显著提升了层状氧化物正极在高电压下的循环稳定性。研究测试结果表明,“渗镧”制备方法具有优异的电化学性能。以钴酸锂商用正极材料为例,通过“渗镧”方法处理后,软包全电池在4.5 V电压下循环500周,容量保持率达84.4%,而同型号商用材料循环300周后容量保持率已降至50%以下。

上海硅酸盐所在高电压层状正极研究中取得系列进展

“渗镧”LiCoO2正极的电化学性能及首次充电过程中的产气表征

 此外,“渗镧”制备方法还具有优异的普适性,简单优化后即可实现高电压钴酸锂、高镍三元、无钴富锂锰基等各类锂电池正极材料的规模制备,破解了部分正极材料难以产业化的长期难题,在新能源汽车、消费电子、新型储能等领域具有重要应用前景,可大幅提升电池续航能力。

上述工作主要由上海硅酸盐所董武杰博士与黄富强研究员与北京大学、清华大学和麻省理工学院等单位合作完成,并得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金和中国科学院前沿科学重点研究计划的支持。


Hot News / 相关推荐
  • 2025 - 11 - 06
    点击次数: 14
    来源:中国稀土网美国磁铁生产商Noveon Magnetics与韩国Kangwon Energy签署了一项协议,将在韩国建设一座产能达到2000吨的稀土永磁工厂。该工厂计划于2027年开始生产,为汽车制造商、可再生能源开发商、国防和电子制造商提供磁体材料。 去年10月,Noveon与澳大利亚稀土生产商莱纳斯签署了一项供应重稀土和轻稀土的协议。同时,根据一项多年协议,Noveon于7月开始向通用汽车...
  • 2025 - 11 - 05
    点击次数: 30
    来源:中国稀土网7-9月,澳大利亚莱纳斯稀土产量增长,并首次发运重稀土。7-9月,莱纳斯稀土氧化物总产量同比增长32%,季度增长24%,达到3993吨。镨钕产量总计2003吨,较上一季度的2080吨略有下降,但同比增长16%。莱纳斯继续提高镝和铽的产量。今年5月,公司首次生产镝,成为中国以外第一家重稀土生产商。今年7月至9月,莱纳斯生产了9吨重稀土,并与首批客户签订了合同,产品也发货给了客户。公司...
  • 2025 - 11 - 03
    点击次数: 64
    来源:中国稀土网近日,我国稀土产业“南北协同”再添重磅成果。由北方稀土与厦门钨业旗下金龙稀土强强联合组建的北方金龙,正式获批建设5000吨REO年稀土分离项目。这一项目不仅将进一步丰富北方稀土冶炼分离产品矩阵,更标志着我国稀土产业通过南北联手、优势互补,将持续夯实服务国家战略、顺应行业发展趋势的核心能力。据内蒙古自治区工业和信息化厅公告,该项目总投资达4.7亿元,建设内容涵盖稀土分离生产线车间主厂...
  • 2025 - 10 - 29
    点击次数: 143
    来源:中国稀土网近日,中国稀土学会理事、催化专业委员会委员、南京大学董林教授团队联合大唐南京热电有限责任公司攻坚的“燃气蒸汽联合循环机组全工况超低排放催化技术研究与应用”科技项目取得圆满成功。该项目成功破解了燃机在启停、低负荷等复杂工况下氮氧化物排放控制的行业瓶颈,标志着我国在燃气发电环保领域取得了新进展。面对机组启停及低负荷阶段出现的剧烈温度波动、高空速、高湿度等极端复杂工况,董林教授团队充分发...
  • Copyright ©Copyright 2018  2020 上海市稀土协会 All Rights Reserved 沪ICP备2020034223号-1  沪公网安备 31010402010140号
    主办单位:上海市稀土协会 指导单位:上海市稀土材料开发应用办公室 承办单位:上海稀土产业促进中心 
    犀牛云提供企业云服务