丁元力教授课题组在富镍层状正极和锑基负极领域取得研究进展

发布者:发布时间:2020-05-08浏览量:

 

近日,我院丁元力教授课题组与加拿大滑铁卢大学陈忠伟教授合作,在《Advanced Energy Materials(2020, 10, 1903864IF=24.884)发表题为“Ni-rich/Co-poor Layered Cathode for Automotive Li-ion Batteries: Promises and Challenges”的综述论文,系统介绍并评论了富镍贫钴层状材料作为动力锂离子电池正极材料的研究现状和最新研究进展。

 

A)富镍三元正极材料作为动力电池的五项关键指标(能量密度、功率密度、循环/储存寿命、成本与元素资源和安全)

B)三元正极材料的结构、组分相图、d电子轨道示意图和各氧化还原电对相对于氧离子2p带的位置示意图

追求高能量密度和低电池成本是实现动力锂离子电池规模化应用的两大关键问题。高镍(Ni80%)低钴三元正极材料由于具有高容量(>200mAh/g)、高能量密度(300Wh/kg以上)和低成本等优点,极具发展潜力和应用前景。

论文综述了富镍贫钴三元正极材料的本征电子结构和输运特性及其作为动力电池正极的应用;针对动力电池的5个关键评价指标,即能量密度、快充性能、循环/存储寿命、元素资源成本和电池安全等进行了深入分析。通过对三元正极材料的成本及关键元素供需等问题的全面估算,指出发展富镍贫钴三元材料不仅可提升能量密度而且可大幅降低电池成本,并能在短期内有效回避钴资源的短缺问题。

博士研究生王新新为论文第一作者,丁元力教授为通讯作者,陈忠伟教授为共同通讯作者。

此外,针对快充条件下电池负极材料的能量密度与功率密度难以协同的问题,丁元力教授与长安大学樊小勇教授合作开展了系列研究工作并取得初步进展,设计构建了基于锑纳米线的一体化快充负极。基于活性组分的一维设计及其活性材料-集流体一体化设计,不仅减轻锑基材料合金化过程中的结构应变,而且有效改善了电子/离子的输运动力学过程,尤其是高倍率下离子的“内、外扩散”限制,实现了优异的倍率性能。相关研究成果发表在《Advanced Energy Materials》(2019,9,1900673IF=24.884)。

为提高锑基负极的首次库伦效率以及界面稳定性,课题组通过在锑基负极表面均匀沉积氧化铟(厚度约5nm),有效保障了界面稳定性和SEI膜的稳定性,将首次库伦效率提升至85%。在高电流密度下(20A/g),锑基负极仍表现出较好的储钠性能(~350mAh/g)。相关成果发表于《ACS Applied Materials & Interfaces》(2020,12,20344-20353IF=8.456)。

论文链接如下:

https://doi.org/10.1002/aenm.201903864

https://doi.org/10.1002/aenm.201900673

https://doi.org/10.1021/acsami.9b23501

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