長沙理工大學(xué)14日對外透露，該校材料科學(xué)與工程學(xué)院李靈均副教授團(tuán)隊與廈門大學(xué)助理教授張橋保、美國阿貢國家實驗室教授陸俊，美國內(nèi)布拉斯加大學(xué)林肯分校、美國布魯克海文國家實驗室等海內(nèi)外科研人員及團(tuán)隊合成了高能鋰離子電池雙重修飾正極材料。

該研究成果近日以長沙理工大學(xué)為第一單位發(fā)表在最新一期材料化學(xué)領(lǐng)域國際重要學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)功能材料》上，論文第一作者為長沙理工大學(xué)在讀碩士研究生楊慧平，李靈均為論文第一通訊作者。

鋰離子電池具有可逆容量高、工作電位高、循環(huán)壽命長以及自放電小等諸多優(yōu)點，已廣泛應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備，并逐步在儲能和電動汽車領(lǐng)域得到推廣和應(yīng)用。

“在商業(yè)化正極材料中，層狀結(jié)構(gòu)的富鎳三元材料能量密度高(單體電池比能量可達(dá)280Whkg-1)、成本低，越來越受到市場青睞。然而，富鎳三元正極材料仍存在界面穩(wěn)定性差、二次顆粒內(nèi)部結(jié)構(gòu)衰退等問題，嚴(yán)重阻礙其規(guī)模化應(yīng)用。”李靈均說。

為此，科研團(tuán)隊以鋰離子電池高容量富鎳正極材料為研究對象，歷時三年從分析鈦和鑭在富鎳三元材料表層的遷移勢壘出發(fā)，發(fā)現(xiàn)鈦摻入體相而鑭富集在表面的狀態(tài)為體系能量最低的狀態(tài)即穩(wěn)定狀態(tài)。根據(jù)理論計算結(jié)果，他們合理設(shè)計并同步合成了鈦摻雜、鑭鎳鋰氧化物包覆的雙重修飾富鎳三元材料。

李靈均介紹，該材料展現(xiàn)出了良好的熱穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及優(yōu)異的電化學(xué)性能。“在60攝氏度高溫下，經(jīng)過150次循環(huán)后，雙重修飾材料的容量保持率比純相富鎳材料提高了近兩倍，其能有效抑制富鎳材料在循環(huán)過程中表面納米尺度的結(jié)構(gòu)退化，從而增強富鎳材料的表面穩(wěn)定性。”

此外，研究團(tuán)隊采用全場透射X射線顯微成像對循環(huán)前、后的正極材料進(jìn)行可視化研究，證明雙重修飾抑制了正極材料二次顆粒內(nèi)微裂紋的產(chǎn)生與循環(huán)過程中微裂紋擴展，并揭示了循環(huán)后富鎳材料二次顆粒間Ni3+的不均勻分布得到抑制，材料二次顆粒的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性顯著提升。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)項目、長沙市杰出創(chuàng)新青年培養(yǎng)計劃、美國能源部等的多項基金支持。