北大研究团队在富锂正极材料研究方面取得系列进展

研究高容量富锂正极材料对于发展高能量密度、低成本动力电池具有重要促进作用。如何进一步抑制氧的释放、提高安全性是这类高比容量正极材料商业化应用的关键。北京大学工学院夏定国课题组对富锂正极材料开展多年的研究,取得新的进展。主要工作包括:

研究氧的局部对称性与阴离子氧化还原稳定性的关系,通过层内无序实现氧的局部对称性调控,提出一种新的阴离子氧化还原结构响应模式,发现对称性调制后,富锂材料在充放电过程中没有发生释氧,具有良好的充放电循环稳定性。(Inhibition of oxygen dimerization by local symmetry tuning in Li-rich layered oxides for improved stability )。

制备了O2型全锰基Li0.78【Li0.24Mn0.76】O2纳米线,激活稳定的阴离子氧的氧化还原反应,阻止氧气释放和层状到尖晶石的转变,提升充放电循环可逆性。在15C的高电流率下仍可提供200毫安时的可逆容量(Nano Letters,Shang, HF; Zuo, YX; Shen, FR; Song, J; Ning,FH; Zhang, K; He,LH*; Xia,DG*,2020, 20, 8)。

通过将Mn层层内Li/Mn无序化,制备具有Rm对称性的Li–Mn–O富锂正极材料。在250mAg-1的电流密度下,仍可提供高达260mAhg-1的放电比容量。这是目前相同电压窗口下,容量最高、倍率性能最优的全锰基正极材料,为设计低成本、高性能的正极材料带来了新的可能性(Advanced Materials,SongJ;Li,B;Chen,YY; Zuo, YX;Ning, FH;Shang,HF;Feng, G;Liu, N;Shen, CH;Ai, XP*;Xia, DG*,2020,32,16)。

提出基于电解质阴离子的氧化还原贋电容,通过接力锂的插层反应来提升容量和能量密度,具有良好的动力学和充放电循环稳定性,提出高安全性高容量正极材料实现新途径(Nano Energy,Li, B; Wang,YF;Jiang, N;An, L;Song, J; Zuo,YX; Ning, FH;Shang, HF;Xia,DG*,Nano Energy ,2020,72,104727)。

北大研究团队在富锂正极材料研究方面取得系列进展

阴离子氧化还原Telescopic O-TM–O结构响应模式

上述工作得到了国家自然科学基金委、科技部重大研究计划、北京市自然科学基金、先进电池材料理论与技术北京市重点实验室等的资助。[北大工学院]

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