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第一作者：Hengyi Liao

通訊作者：黃富強(qiáng)，董巖皓

通訊單位：上海交通大學(xué)、清華大學(xué)、北京大學(xué)、中科院上海硅酸鹽研究所

論文速覽

先進(jìn)的鋰離子電池可利用高達(dá)4.8 V的上限截止電壓（相對(duì)于鋰金屬）來(lái)達(dá)到非凡的能量密度。這種惡劣的環(huán)境對(duì)陰極穩(wěn)定性提出了挑戰(zhàn)，并要求在其電化學(xué)界面處構(gòu)建堅(jiān)固的陰極電解質(zhì)界面。

本論文提出了一種受碳酸飲料中過飽和二氧化碳啟發(fā)的表面改性策略，用于構(gòu)建高電壓鋰離子電池正極材料的穩(wěn)定界面。

研究團(tuán)隊(duì)通過在正極材料表面形成低模量的有效鈍化層，顯著提升了高截止電壓下正極材料的穩(wěn)定性和電池性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)過改性的高電壓LiNi_0.8Co_0.1Mn_0.1O₂（NCM811）和LiCoO₂正極材料展現(xiàn)出優(yōu)異的循環(huán)穩(wěn)定性和高放電容量。

圖文導(dǎo)讀

圖1：超飽和CO₂氣泡設(shè)計(jì)用于構(gòu)建碳酸化層的示意圖。

圖2：以LiCoO₂（LCO）為例，碳酸化表面結(jié)構(gòu)的透射電鏡圖像和能量損失譜（EELS）分析，揭示了碳酸化層的均勻性和Ca²⁺錨定的非晶碳酸化層結(jié)構(gòu)。

圖3：其他元素在碳酸化表面上均勻摻雜的擴(kuò)展，通過電子能量損失譜（EELS）分析驗(yàn)證了Al、Sr和La元素在LiCoO₂表面的均勻摻雜。

圖4：CO₂氣泡在NCM811晶界中的滲透和封裝，以及改性后的NCM811在4.6V和4.8V高電壓下的電化學(xué)性能。

圖5：比較了改性前后的LiCoO₂在4.6V下的電化學(xué)性能。

圖6：碳酸化策略在首次循環(huán)中對(duì)LiCoO₂穩(wěn)定性的影響。

總結(jié)展望

本研究提出的碳酸飲料化學(xué)策略，通過在正極材料表面構(gòu)建低模量的碳酸化層，有效解決了高電壓下正極材料的穩(wěn)定性問題。改性后的NCM811和LiCoO₂正極材料展現(xiàn)出卓越的循環(huán)穩(wěn)定性和高能量密度，為未來(lái)高能量密度電池的發(fā)展提供了新的視角和方法。該策略的普適性和簡(jiǎn)便性預(yù)示著在電池正極材料表面改性領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Carbonated beverage chemistry for high-voltage battery cathodes

期刊：Advanced Materials

DOI：10.1002/adma.202402739

原創(chuàng)文章，作者：計(jì)算搬磚工程師，如若轉(zhuǎn)載，請(qǐng)注明來(lái)源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/06/28/86f848048f/

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