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韩国科学家发现延长锂电池寿命的关键

韩国科学家发现延长锂电池寿命的关键

The Epoch Times
Wednesday, January 1, 2025 10:49 AM GMT

目前使用的富锂/富锰层状氧化物(LMR-NMC)的锂电池,其能量密度比传统使用镍、钴、锰的锂电池要高出20%左右,可以说是一种更经济、更永续的替代方案,因此被视为下一代锂电池(LIB)正极材料。但这种材料使用时间一长,容易释放氧气降低电池的容量和电压,也会对电池整体产生不可逆的结果。

韩国浦项科技大学(POSTECH)电池工程系小组,发现了LMR-NMC中颗粒表面的相变途径与氧稳定性之间的强相关性。他们透过改变锂电池中的富锂层状氧化物耐久性(LLO),可有效延长锂电池的寿命。

为了评估锂电池中的电解质与阴极相互作用后对电化学的影响,他们先是将富锂/富锰层状氧化物(LMR-NMC)半电池与碳酸亚乙酯/碳酸二甲酯(EC/DMC)组成传统的LP30电解质、DMC和LiPF6组成新型的2LPDMC电解质,然后进行长期充放电测试。

结果显示,P30电解质与2LPDMC电解质在LMR-NMC半电池中,起到的作用大不相同。P30电解质容易使LMR-NMC半电池在经历100到300次充放电后,只剩下原本70%的容量,而2LPDMC电解质可以在700次左右充放电后依然维持96.5%的容量。

他们还发现,P30电解质经过长期循环充放电后,显着降低了放电电压,而充电电压则几乎没有变化。不过,2LPDMC的充电和放电曲线,则都朝着较低电位发展。

另外,LP30和LMR-NMC在进行100次循环后,锰离子几乎没有活化,但降低了锂空位浓度,而2LPDMC中阴极表面经历原子重构,可以观察到锰离子出现明显的氧化还原现象。

这种现象主要原因是P30电解质与LMR-NMC充放电过程中,会严重抑制电池中的阴离子被正常氧化还原,从而释放氧气破坏LLO整体的结构稳定性,但2LPDMC则出现正常的氧化还原现象,氧气较少释放出来。

研究团队还发现,2LPDMC电解质在LMR-NMC半电池经历了500至700次的循环充放电后,仍能维持高达84.3%的能量平均保留率,而LP30电解质在LMR-NMC半电池经历300次循环充放电后,平均能量保留率仅为37.1%。

这项研究的结果表明,电化学LLO材料表面的结构变化,对LMR-NMC电池材料的整体稳定性有显着影响。通过解决这些变化,能够显着提高电池阴极的使用寿命和性能,同时最大限度减少电池内部电解质分解等不必要的反应。

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