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        肖圍教授課題組在《Journal of Power Sources》上報道基于鹵化物快離子導體包覆三元正極材料的新策略

        發布時間:2024-04-03 16:19:21閱讀次數:

             

        內容簡述:

        近日,《電源雜志》(J. Power Sources)發表了必威肖圍教授課題組的最新研究成果,報道了基于鹵化物快離子導體的包覆三元正極材料的新策略。該研究采用溶膠-凝膠法將LiCl、InCl3LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2正極材料經分散、低溫煅燒等工藝制備了目標復合三元正極材料Li3InCl6@ LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(LIC@NCM523),系統研究了LIC含量對復合材料形貌、結構以及電化學性能的影響。該改性策略有利于降低Li+/Ni2+混排程度、減少表面殘鋰,得到高循環穩定性與倍率性能的復合正極材料。

        論文題目為“Optimized layered ternary LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2 cathode materials modified with ultrathin Li3InCl6 fast ion conductor layer for lithium-ion batteries”,碩士研究生劉程錦為論文第一作者,肖圍教授為論文通訊作者。

        LiNixCoyMn1-x-yO2(0<x, y<1; NCM)三元正極材料因其高理論比容量被認為是極具潛力的下一代鋰離子電池正極材料。然而,反復鋰脫嵌過程中,NCM正極不可避免地遭受過渡金屬溶解、不可逆相轉變及微裂紋產生等問題,最終致使材料穩定性惡化與容量衰減。金屬氧化物、氟化物及磷酸鹽等表面修飾NCM正極材料已被證明是一種抵御有機電解液浸蝕的有效措施。然而,多數材料離子電導率較低,不僅增加了不可逆容量,還一定程度上削弱了倍率性能。因此,優化正極材料與電解液間的界面穩定性,從而實現優異電化學性能仍具有挑戰性。

        基于此,肖圍教授課題組以LiClInCl3為原料、乙醇為溶劑,通過溶膠-凝膠法在LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2(NCM523)正極材料表面均勻包覆Li3InCl6(LIC)快離子導體層。結果表明,該改性策略不僅減少了表面殘鋰量,而且降低了鋰鎳混排度。1.0 C,25 °C下循環200次后,2wt%LIC@NCM523-2復合正極的放電比容量仍有130.5 mAh g?1,容量保持率為76.8%。即使1.0 C,60 °C下循環200次后,放電比容量也有108.8 mAh g?1。5.0 C快速切換到0.1 C,該復合電極也能從128.2 mAh g-1輕易地恢復到164.3 mAh g-1。改進的電化學性能可歸因于合適LIC層能保護活性顆粒免受電解液的腐蝕,不僅穩定了材料的內部結構,并促進Li離子的傳輸。該改性策略為高性能正極材料的開發與利用提供了新的研究方向。

               該研究工作得到了國家自然科學基金、湖北省杰出青年基金、湖北省青年拔尖人才培養計劃項目的支持。

        圖文摘要

        文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2023.232961




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