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大連化學(xué)物理研究所:提出提升高比功率鋰離子電池負(fù)極材料性能的新策略

2020-04-28 17:17  來(lái)源:中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所  瀏覽:  

近日,中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部(DNL17)李先鋒研究員、張華民研究員、張洪章研究員團(tuán)隊(duì)與燕山大學(xué)唐永福副教授團(tuán)隊(duì)合作,在高比功率鋰離子電池負(fù)極材料的研究方面取得新進(jìn)展。

五氧化二鈮具有較高的比容量和較高的鋰離子體相擴(kuò)散系數(shù),可作為高比功率鋰離子電池的負(fù)極材料,以滿足快速充電和快速放電的技術(shù)發(fā)展需求。其中,高溫相五氧化二鈮(即H型Nb2O5)的比容量最高,達(dá)到250 mAh/g(1.0至3.0 V vs Li+/Li),極具應(yīng)用發(fā)展?jié)摿ΑH欢?,該材料在充電和放電過(guò)程中,其晶體結(jié)構(gòu)會(huì)不斷發(fā)生不可逆變化,生成一類不適合鋰離子快速嵌入和脫出的晶相,從而引起鋰離子電池的容量衰減。這成為限制H型Nb2O5作為鋰電池負(fù)極材料應(yīng)用的主要問(wèn)題。

該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn),提高電子和離子在H型Nb2O5晶體表界面的輸運(yùn)均勻性,是解決上述問(wèn)題的有效策略。通過(guò)對(duì)微米級(jí)H型Nb2O5單晶進(jìn)行均勻無(wú)定型碳層的包覆,可以提高晶體結(jié)構(gòu)變化的均勻性,抑制晶體結(jié)構(gòu)變化的不可逆性。碳包覆的H型Nb2O5,可在2000 mA/g的大電流充電和放電的工況下循環(huán)1000次以上,比原來(lái)提升了近10倍,并且其綜合性能優(yōu)于已知的Li4Ti5O12材料和其他Nb2O5材料。此外,該團(tuán)隊(duì)將X射線衍射、透射電子顯微鏡與電化學(xué)表征原位結(jié)合,對(duì)鋰離子在H型Nb2O5晶體材料中的嵌入-脫出行為進(jìn)行了深入研究,驗(yàn)證了無(wú)定型碳層對(duì)晶體表界面電子和離子輸運(yùn)均勻性及結(jié)構(gòu)變化可逆性的改善。

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