一个研究小组开发出了提高下一代锂离子电池（LIBs）正极材料富锂层状氧化物（LLO）材料耐久性的策略。这一突破显著延长了电池寿命，发表在 Energy & Environmental Science 杂志上。
锂离子电池在电动汽车和储能系统（ESS）等应用中不可或缺。 富锂层状氧化物（LLO）材料通过减少镍和钴的含量，同时增加锂和锰的成分，使能量密度比传统的镍基阴极高出 20%。 作为一种更经济、更可持续的替代材料，LLO 已引起广泛关注。 然而，充放电循环过程中出现的容量衰减和电压衰减等问题阻碍了其商业化的可行性。 虽然之前的研究已经发现循环过程中阴极的结构变化是导致这些问题的原因，但不稳定性背后的确切原因在很大程度上仍不清楚。 此外，旨在增强 LLO 结构稳定性的现有策略也未能从根本上解决问题，从而阻碍了其商业化。 POSTECH 团队重点研究了充放电过程中氧释放在破坏 LLO 结构稳定性方面的关键作用。 他们假设，提高阴极与电解质之间界面的化学稳定性可以防止氧气释放。 基于这一想法，他们通过改进电解质成分来强化阴极-电解质界面，从而显著减少了氧气排放。
研究小组的增强型电解质在经过 700 次充放电循环后仍能保持 84.3% 的惊人能量保持率，与传统电解质相比有了显著改善，传统电解质在经过 300 次循环后平均只能保持 37.1% 的能量。 研究还发现，LLO 材料表面的结构变化对材料的整体稳定性有重大影响。 通过解决这些变化，研究小组能够显著提高阴极的寿命和性能，同时最大限度地减少电池内部电解质分解等不必要的反应。 Jihyun Hong 教授评论说："利用同步辐射，我们能够分析阴极颗粒表面和内部的化学和结构差异。 这表明，阴极表面的稳定性对材料的整体结构完整性及其性能至关重要。 我们相信，这项研究将为开发下一代阴极材料提供新的方向。
原文链接: Gukhyun Lim et al, Decoupling capacity fade and voltage decay of Li-rich Mn-rich cathodes by tailoring surface reconstruction pathways, Energy & Environmental Science (2024). DOI: 10.1039/D4EE02329C
