Adv. Energy Mater. :通過穩定的電極/電解質界面實現富鎳NMC陰極的高電壓運行

Allen 5年前 (2018-04-13) 4090瀏覽

【引言】

隨著用于電動車輛和大規模儲能系統的高能量密度電池日益增長的需求，鋰（Li）金屬被認為是儲能系統的理想陽極，因為它具有極高的理論比容量（3860 mA h g-1）和最低的負電化學電位（-3.040 V 相對于標準氫電極）。自二十世紀七十年代以來，可充電鋰金屬電池（LMBs）被認為是下一代高能量密度儲能系統最有前途的候選者之一。然而，在高速條件下使用高壓陰極運行LMBs仍然是一個重大挑戰。

【成果簡介】

近日，美國太平洋西北國家實驗室Jianming Zheng、Ji-Guang Zhang、廈門大學楊勇（共同通訊）等人使用LiNi0.76Mn0.14Co0.10O2（NMC76）的富鎳層狀陰極和優化的電解質[0.6 M雙（三氟甲磺酰基）酰亞胺鋰+0.4 M雙（草酸根）硼酸鋰+0.05 M?LiPF6溶解在碳酸亞乙酯中的LMB和碳酸甲乙酯（按重量計4：6）]在4.5V的高充電截止電壓下表現出優異的穩定性。值得注意的是，這些Li || NMC76電池在2C/2C的高充電/放電電流速率下可以提供> 220 mAhg-1（846 W h kg-1）的高放電容量并在1000次循環后保持超過80％的容量 （1C = 200mA g-1）。這種優異的電化學性能可歸因于使用優化的電解質，富含Ni的NMC76陰極材料和Li金屬陽極的結構/界面穩定性大大提高。相關成果以題為“High Voltage Operation of Ni‐Rich NMC Cathodes Enabled by Stable Electrode/Electrolyte Interphases”發表在了Adv. Energy Mater.上。

【圖文導讀】

圖1 電化學行為

A,B）比較兩種電解質的A）循環性能和B）容量保持率

C,D）使用C）E-基線和D）E-優化的LMB的電壓曲線

E,F）兩種LMB之間的E）中點電壓演變和F）能量密度的比較

圖2 循環性能比較

A-C）在A）1C/1C，B）2C/2C和C）5C/5C的高充電/放電電流速率下循環性能比較

D）以相同充放電速率評估性能

E）長期的循環表現

圖3 XPS表征分析

A-C）分別在E基線中循環樣品的C 1s，O 1s和F 1s光譜

D-G）分別在E優化中循環樣品的C 1s，O 1s，F 1s和B 1s譜

【小結】

該工作證明了富含Ni的NMC陰極NMC76在4.5V的高充電電壓下高度穩定，這項工作的主要發現為開發高能量密度，高充電截止電壓（4.5 V）和下一代儲能系統所需的高功率能力的高穩定性LMBs提供了新途徑。

文獻鏈接：High Voltage Operation of Ni‐Rich NMC Cathodes Enabled by Stable Electrode/Electrolyte Interphases（Adv. Energy?Mater.?,2018,DOI:10.1002/aenm.201800297?）

本文由材料人新能源前線Allen供稿，材料牛整理編輯。

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