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?ACS Energy Letters:869 Wh/kg高比能正極,12分鐘充滿電!

?ACS Energy Letters:869 Wh/kg高比能正極,12分鐘充滿電!
電動汽車(EV)市場的不斷擴(kuò)大,推動了對使用富鎳正極的高能量密度電池的需求。然而,富鎳正極在極端快充(XFC)條件下的運行會損害其結(jié)構(gòu)的完整性,從而導(dǎo)致容量迅速下降;實現(xiàn)富鎳正極在XFC條件下的可操作性,同時最大限度地提高能量密度和長期循環(huán)性能是一個挑戰(zhàn)。
韓國漢陽大學(xué)Chong Seung Yoon、Yang-Kook Sun等研究了快速充電對Li[Ni0.92Co0.06Al0.01Nb0.01]O2(Nb-NCA93)正極的影響,其能量密度高達(dá)869 Wh kg-1。
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圖1. NCA93正極在半電池中的性能
具體而言,作者首先通過透射電子顯微鏡(TEM)徹底研究了快速充電對富鎳NCA93結(jié)構(gòu)的影響,然后采用試錯法,通過向NCA93正極引入不同的離子,實現(xiàn)了具有有利于XFC的精細(xì)微結(jié)構(gòu)的正極。
研究發(fā)現(xiàn),NCA93正極是一種富含鎳的層狀正極,由于充電后正極中殘余鋰的不均勻分布,即使在第一次充電時,它也會受到不可逆的機(jī)械損傷。粒子細(xì)化,即通過引入1摩爾%的Nb,將初級粒子尺寸減少到納米級,可有效地解決快速充電帶來的挑戰(zhàn)。
?ACS Energy Letters:869 Wh/kg高比能正極,12分鐘充滿電!
圖2. NCA93、B-NCA93和Nb-NCA93正極的快充性能
研究顯示,在充電結(jié)束時,由突然的晶格收縮引起的內(nèi)部應(yīng)力被許多初級粒子的邊界所抵消,這些邊界使傳播中的裂縫發(fā)生偏轉(zhuǎn),使次級粒子斷裂增韌。
此外,鋰離子的遷移也通過眾多的顆粒間邊界的短路擴(kuò)散而得到加速。由此產(chǎn)生的全電池可在12分鐘內(nèi)達(dá)到滿電,并在1000次循環(huán)后保持其初始容量的85.3%(以全深度放電循環(huán))。此外,Nb-NCA93正極由于其獨特的微觀結(jié)構(gòu),在XFC條件下產(chǎn)生的熱量有限。
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圖3. 充電后Nb-NCA93正極的機(jī)械穩(wěn)定性和電導(dǎo)率
High-Energy-Density Li-Ion Battery Reaching Full Charge in 12 min. ACS Energy Letters 2022. DOI: 10.1021/acsenergylett.2c02032

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