Конструкция электродов с малой извилистостью облегчает разработку высокоэффективных аккумуляторов на основе ЖМО

Прочитано: 151 раз(а)


Новое исследование, опубликованное 21 декабря в журнале Energy Material Advances , предлагает стратегию повышения динамической фазовой стабильности и подавления растворения Mn в мезоскопическом масштабе, способствуя разработке высокоэффективных электродов из шпинели LiMn 2 O 4 (LMO).

«Разработка электромобилей и электрических велосипедов вызвала интерес к литий-ионным батареям с питанием», — сказал автор статьи Цзя Се, профессор школы электротехники и электронной инженерии Хуачжунского университета науки и технологий (HUST). «Очень важно разработать передовые электродные материалы с превосходными характеристиками скорости, циклической стабильностью и высокой плотностью энергии».

Се объяснил, что ЖМО считается многообещающим катодным материалом для мощных литий-ионных аккумуляторов благодаря его низкой стоимости, надежной безопасности, высокому рабочему напряжению и быстрым трехмерным литий-ионным транспортным каналам.

Но циклическая стабильность ЖИО ограничивает его крупномасштабное применение. По словам Се, проблемы заключаются в необратимом фазовом переходе и растворении марганца. При многократном циклировании происходит необратимый фазовый переход от LiMn 2 O 4 со структурой шпинели к дефектной структуре λ-MnO 2 , LiMn 3 O 4 или даже MnO со структурой каменной соли.

Непрерывное накопление необратимых фазовых переходов приводит к образованию трещин в частицах ЖМО. Вновь открытая поверхность, образованная трещинами частиц ЖМО, может взаимодействовать с электролитом и, таким образом, способствовать растворению Mn из ЖМО, что приводит к чрезмерному литиированию поверхности ЖМО, что, в свою очередь, ускоряет необратимый фазовый переход и растрескивание частиц. Все это способствует порче частиц ЖМО и быстрому снижению производительности, особенно в условиях быстрой зарядки.

По словам Се, были предложены передовые стратегии, включающие легирование элементов, модификацию поверхности и морфологическое регулирование, чтобы облегчить деградацию частиц ЖИО. Например, металлические элементы (Mg, Ni) и неметаллические элементы (B, P) используются в качестве легирующих элементов для замены следовых количеств Mn, образуя стабильные химические связи между легирующими элементами и O. Надежные химические связи удерживают LMO в стабильном состоянии. структура, что приводит к лучшим электрохимическим характеристикам, чем нетронутый ЖИО.

Al 2 O 3 , TiO 2 , ZrO 2 и Li 3 PO 4 и другие соединения используются в качестве слоев покрытия для покрытия поверхности ЖМО. Слой покрытия эквивалентен искусственному CEI, который уменьшает прямой контакт между LMO и электролитом, тем самым подавляя растворение Mn и изменение объема. Кроме того, регулирование морфологии ЖМО, таких как наноструктурированные материалы и дизайн усеченной октаэдрической кристаллической структуры, также является эффективным средством повышения производительности. Эти стратегии сосредоточены главным образом на модификации самого материала ЖИО.

«Эта статья смягчает деградацию ЖИО с точки зрения конструкции электрода и, таким образом, улучшает циклическую стабильность ЖИО», — сказал Се. «Метод ледяного шаблона был принят для изготовления малоизвилистого электрода LMO на основе связующего CMC. [Полученные] электроды имеют прямые каналы в электроде в поперечном сечении».

«Структура с низкой извилистостью обеспечивает быструю диффузию ионов лития и малую концентрационную поляризацию электродов LMO, что приводит к однородной электрохимической реакции в микрообластях электродов. Кроме того, быстрая кинетика переноса ионов лития и даже реакции мезоскопического масштаба Извилистый электрод LMO эффективно смягчает необратимый фазовый переход и растворение Mn, а также подавляет образование трещин в частицах LMO», — сказал Се.

«Быстрая кинетика переноса ионов и стабильная фазовая структура обеспечивают электроду LMO с низкой извилистостью превосходную производительность и стабильность при циклировании, что делает его более конкурентоспособным катодом», — сказал Се. «Конструкция электродной структуры с малой извилистостью обеспечивает новый способ разработки высокоэффективных аккумуляторов на основе ЖИО».

Конструкция электродов с малой извилистостью облегчает разработку высокоэффективных аккумуляторов на основе ЖМО



Новости партнеров