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阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室:正極補(bǔ)鋰解決SiOX低首效問(wèn)題

文章出處:責(zé)任編輯:人氣:-發(fā)表時(shí)間:2020-09-10 15:32【

隨著鋰離子電池能量密度的不斷提升,石墨材料(理論比容量?jī)H為372mAh/g)已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足高比能電池的設(shè)計(jì)需求,人們迫切的需求一種高容量的負(fù)極材料來(lái)替代現(xiàn)有的石墨負(fù)極材料。Si材料的理論容量可達(dá)4200mAh/gLi4.4Si),是一種非常理想的負(fù)極材料,然而Si材料在嵌鋰過(guò)程中體積膨脹可達(dá)300%以上,導(dǎo)致顆粒粉化和負(fù)極結(jié)構(gòu)的破壞,因此人們嘗試采用體積膨脹相對(duì)較小的SiOx材料作為負(fù)極材料,在首次嵌鋰的過(guò)程中Li會(huì)與材料中的O結(jié)合生成LiOx,這些鋰氧化合物一方面能夠吸收嵌鋰過(guò)程中材料發(fā)生的體積膨脹,提升SiOx材料的循環(huán)性能,另一方面卻會(huì)造成活性Li的損失,引起首次充放電庫(kù)倫效率降低。

補(bǔ)鋰是解決SiOx導(dǎo)致的首次效率降低的有效方案,補(bǔ)鋰的技術(shù)路線(xiàn)主要有正極補(bǔ)鋰和負(fù)極補(bǔ)鋰兩種,其中負(fù)極鋰粉和鋰箔補(bǔ)鋰是目前補(bǔ)鋰的主要方向,然而金屬Li的化學(xué)性質(zhì)非?;顫姡瑢?duì)環(huán)境要求極高,同時(shí)還伴隨著不小的安全性風(fēng)險(xiǎn),因此近年來(lái)正極補(bǔ)鋰也得到了廣泛的關(guān)注,正極補(bǔ)鋰主要是通過(guò)在正極添加高容量的含Li氧化物(這些氧化物一般具有首次充電容量高,但是可逆容量低的特點(diǎn)),補(bǔ)充首次充放電過(guò)程中的不可逆容量損失。

在眾多的正極補(bǔ)鋰材料中,由阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合成的Li5FeO4材料憑借著867mAh/g的理論比容量,吸引了廣泛的關(guān)注,阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在2016年首次報(bào)道了Li5FeO4材料,當(dāng)時(shí)通過(guò)在LCO/硬碳體系中添加Li5FeO4材料,首次效率提升了10%左右,并且顯著改善了電池的循環(huán)性能。近日,該課題組的Linghong Zhang(第一作者)和Wenquan Lu(通訊作者)將Li5FeO4材料材料應(yīng)用到SiOxNCM523體系中,顯著提升了電池的首次庫(kù)倫效率和循環(huán)穩(wěn)定性。

LFO材料理論容量高達(dá)867mAh/g,實(shí)際容量發(fā)揮也可以達(dá)到600mAh/g以上,并且在2.7V以上時(shí)幾乎沒(méi)有可逆容量,也就是說(shuō)其脫出的Li幾乎全部都不會(huì)重新嵌入到LFO中,這使得LFO材料非常適合作為正極補(bǔ)鋰材料使用,通過(guò)在正極添加一定量的LFO能夠顯著的提升電池的可逆容量,提升鋰離子電池能量密度,同時(shí)由于LFO使用相對(duì)便捷、安全性高因此具有廣闊的應(yīng)用前景。作為一種實(shí)驗(yàn)用小型回轉(zhuǎn)窯,鳳谷粉體燒結(jié)爐可以通氣氛,抽真空,一種爐窯多種內(nèi)膽,滿(mǎn)足不同材料的燒結(jié)條件,是實(shí)驗(yàn)、小批量生產(chǎn)、小試線(xiàn)、中試線(xiàn)的理想之選。

基于水溶劑的LLZO粉體處理和陶瓷燒結(jié)工藝針對(duì)于批量生產(chǎn),設(shè)計(jì)并探索出一套基于水系的砂磨、噴霧工藝,避免使用有機(jī)溶劑帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),降低粉體處理的設(shè)備、物料成本。

連續(xù)金屬回轉(zhuǎn)窯_02.jpg


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