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?北理李麗/陳人杰Nat. Commun.:缺氧惰性相穩定高壓富鎳陰極用于高能鋰離子電池

?北理李麗/陳人杰Nat. Commun.:缺氧惰性相穩定高壓富鎳陰極用于高能鋰離子電池
將層狀正極推向更高的工作電壓可促進高能鋰離子電池的實現。然而,在高脫鋰狀態下,材料表面釋放出的氧物種會與電解質發生嚴重反應,加速結構退化并引發熱降解。
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圖1.?氧錨定和儲存策略
北京理工大學李麗、陳人杰等通過調節退火溫度,提出了一種具有豐富氧空位(約41%)的La2Mo2O9惰性相,以對陰極界面進行了超越傳統改性的工程設計
基于以下幾個方面,這項工作選擇了鉬酸鑭(La2Mo2O9:LMO)沉積物:(1)由于鑭(La)和鉬(Mo)離子與氧的結合能很高,電子會從La和Mo轉移到氧,因此它可以作為”氧錨”來穩定表面氧;(2)LMO中約41%的固有氧空位可有效捕獲和保留未被La和Mo錨定的表面氧;(3)惰性(β)和活性(α)LMO 之間的相變溫度為580℃,遠低于 LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2(P-NCM)的合成溫度,可消除高溫操作對塊狀材料的影響。
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圖2.?扣式和軟包電池性能
因此,通過P-NCM為模型系統并擴展到更高電壓運行的LiCoO2和富鋰陰極,作者證明了引入的鑭和鉬離子會轉移電子以提高表面氧的電負性,從而作為”氧錨”來緩解氧的釋放。
此外,β相La2Mo2O9沉積物可捕獲并保留可能釋放的氧,以利用其固有的高氧空位形成能。從根本上減少了氧物種與電解質的反應,從而有效緩解了結構失效,提高了電化學性能,這使得1.5 Ah軟包全電池在400次循環后的容量損失僅為6.0%,幾乎可以忽略不計。
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圖3.?理論計算
Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries. Nature Communications 2023. DOI: 10.1038/s41467-023-43792-0

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