與鋰電正極材料穩(wěn)定性相關(guān)的挑戰(zhàn)阻礙了其整體性能和壽命；富鎳正極材料可以幫助實(shí)現(xiàn)高電壓和高容量；但它們的實(shí)際使用受到結(jié)構(gòu)問題和氧氣消耗的限制。
據(jù)報(bào)道，一組來自英國的科學(xué)家們?cè)凇袄斫夂涂朔c鋰離子電池中使用的富鎳正極材料相關(guān)的挑戰(zhàn)”方面取得了重大突破。
鋰離子電池因其高能量密度和可充電性被廣泛應(yīng)用于各種應(yīng)用，但與正極材料穩(wěn)定性相關(guān)的挑戰(zhàn)阻礙了其整體性能和壽命。據(jù)了解，雖然上述材料可以幫助實(shí)現(xiàn)高電壓和高容量，但它們的實(shí)際使用受到結(jié)構(gòu)問題和氧氣消耗的限制。
英國伯明翰大學(xué)和劍橋大學(xué)的最新研究表明，“氧空穴”的形成（氧離子失去電子的地方）在LiNiO2（層狀鎳酸鋰）陰極的降解中起著至關(guān)重要的作用。這加速了氧氣的釋放，從而進(jìn)一步降解陰極材料。
研究人員在英國地區(qū)超級(jí)計(jì)算機(jī)上使用了一套最先進(jìn)的計(jì)算技術(shù)，檢查了LiNiO2陰極充電時(shí)的行為。他們發(fā)現(xiàn)，在充電過程中，材料中的氧發(fā)生了變化，而鎳的電荷基本保持不變。
他們說，“我們發(fā)現(xiàn)鎳離子的電荷始終維持在+2，無論是在充電還是放電狀態(tài)下。與此同時(shí)，氧的電荷從-1.5變化到約-1。這很不尋常，傳統(tǒng)模型假定在充電過程中氧的電荷保持在-2，這些變化表明氧不太穩(wěn)定，我們已經(jīng)找到了一種讓它離開富鎳正極的途徑。”
研究人員將他們的計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，并發(fā)現(xiàn)結(jié)果與觀察到的情況吻合良好。他們提出了氧在這一過程中丟失的機(jī)制，涉及氧自由基的結(jié)合形成過氧化物離子，然后轉(zhuǎn)化為氧氣，留下了材料中的空位。這一過程釋放能量并形成單態(tài)氧，一種高度反應(yīng)性的氧形式。
至此，他們得出結(jié)論，“氧空穴”的形成嚴(yán)重?fù)p害了鋰離子電池中富鎳正極材料，并提出了摻雜劑來增強(qiáng)電池的穩(wěn)定性和壽命。最新研究成果已于近期發(fā)表在了《焦耳》雜志上。
“潛在地，通過添加減少氧氣氧化還原反應(yīng)，同時(shí)促進(jìn)過渡金屬氧化還原反應(yīng)的摻雜劑，尤其是在表面，減少單態(tài)氧的產(chǎn)生，我們可以增強(qiáng)這類鋰離子電池的穩(wěn)定性和壽命，為更高效可靠的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)鋪平道路。”他們補(bǔ)充道。
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