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锂电池发明者找到了一种新涂层来改善电池的寿命

来源:锂电池 | 作者:ycybattery | 发布时间: 2021-07-30 | 1187 次浏览 | 分享到:

在锂电池循环过程中,这些杂质会累积在电池富镍阴极中。而在锂电池中,镍虽然是能量密度的关键,但同时它也是不稳定的。这导致在第一次充电和放电循环期间在阴极表面形成杂质,这反过来又使电池的存储容量立即减少 10% 到 18%。此外,镍在阴极结构的表面下产生了不稳定性,随着时间的推移,这也开始降低电池的存储容量。

 

2019 年,斯坦利·惠廷安(Stanley Whittingham)与其他两位科学家因在 1970 年代开发锂离子电池而获得诺贝尔化学奖。此后,这项技术已经取得了长足的进步,但包括 Whittingham 在内的研究人员仍在努力通过实验不同的材料来改进它们,而作为阴极的一个有希望的材料是一种名为 NMC 811 的镍锰钴材料。

 

在 Whittingham 的带领下,由纽约州立大学宾汉姆顿分校、能源部和橡树岭国家实验室的研究人员组成的团队对 NMC 811 进行了多项化学研究。希望这将防止阴极中的不稳定性,研究人员通过 X 射线和中子衍射研究对这一点进行了调查。

研究者 Hui Zhou 表示:“中子很容易穿透阴极材料,揭示出铌和锂原子的位置,这为更好地了解铌的改性过程是如何工作的。中子散射数据表明,铌原子稳定了表面以减少第一周期的损失,而在更高的温度下,铌原子取代了阴极材料内部更深的一些锰原子以提高长期的容量保持”。

 

通话这种镍锰钴材料,在首次充电循环中就能减少容量损失。最终,它也提供了更好的长期性能,导致在250个充电周期内容量保持率达到 93.2%。科学家们认为新的电池设计有很大的潜力,特别是在高密度存储是一个优先事项的情况下,例如在电动运输领域。

 

Whittingham 说:“在电化学性能和结构稳定性方面让 NMC 811 成为一种候选的阴极材料,可用于更高能量密度的应用,如电动汽车。将铌涂层与用铌原子替代锰原子相结合,可能是提高初始容量和长期容量保持率的更好方法。利用目前NMC材料的多步骤制造工艺,这些修改可以很容易地扩大规模”。

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