動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心部件之一，決定著新能源汽車的發(fā)展水平。提升電池儲(chǔ)電性能，有利于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。
在新型高容量儲(chǔ)鋰電極材料中，富鋰錳基正極材料是全球公認(rèn)的下一代高容量正極材料，放電比容量高達(dá)300mAh/g以上?！ ?/span>
從中國科學(xué)院寧波材料所了解到，近日，該所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室劉兆平研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)對富鋰錳基正極材料開展了深入研究，在鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)過程等方面取得了系列進(jìn)展。
利用多種表征手段，團(tuán)隊(duì)分別分析了錳（Mn）元素不同含量下的鋰電池?zé)崽幚磉^程，揭示了富鋰錳基正極材料中，Mn元素含量越高，其熱失控溫度越低?！ ?/span>
同時(shí)，為了提升電池的高熱穩(wěn)定性和高比容量，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種多晶型結(jié)構(gòu)的富鋰錳基正極材料，可實(shí)現(xiàn)更高的放電比容量，并實(shí)現(xiàn)更好的熱穩(wěn)定性?！ ?/span>
相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，該研究結(jié)果詳細(xì)闡明了富鋰錳基正極材料的氧活性與熱穩(wěn)定性之間的關(guān)系，對下一代高安全、高能量密度鋰離子電池的實(shí)現(xiàn)提供了重要借鑒意義。相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在國際著名的材料科學(xué)期刊Materials Today。
另外，以往研究表明，富鋰錳基正極材料中，當(dāng)其一次晶粒達(dá)到微米級時(shí)，往往表現(xiàn)出極低的比容量、快速的容量衰減和電壓衰減。
為了了解其中原因，研究團(tuán)隊(duì)研究了鋰離子在富鋰錳基正極材料晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)過程，對該電化學(xué)性能給出了合理的解釋?！ ?/span>
團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，對鋰離子擴(kuò)散系數(shù)較低的富鋰錳基正極材料來說，比容量的發(fā)揮高度依賴于顆粒尺寸大小。 其中，微米級晶粒具有更好的結(jié)晶性和更高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。長擴(kuò)散距離對于晶粒內(nèi)部鋰離子擴(kuò)散過程具有負(fù)面影響，大尺寸一次晶粒的電化學(xué)過程伴隨著晶粒內(nèi)部不均勻的鋰離子分布，由此導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變在電化學(xué)過程中發(fā)生積累?！ ?/span>
團(tuán)隊(duì)還直接觀察到，微米級富鋰錳基正極材料晶粒內(nèi)部大量層錯(cuò)的產(chǎn)生以及顯著的層狀相向尖晶石以及鹽巖相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，揭露了微米級富鋰錳基正極材料中快速的容量衰減和電壓衰減的原因?！ ?/span>
該研究工作對制定相應(yīng)的富鋰錳基正極材料改性策略具有重要的理論指導(dǎo)意義，相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國際著名的材料科學(xué)期刊Energy Storage Materials。
（來源：寧波市科技局）
