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距發表AEM僅四天,能源女神孟穎,再發EES!

距發表AEM僅四天,能源女神孟穎,再發EES!
第一作者Wurigumula Bao
通訊作者孟穎,Wurigumula Bao
通訊單位:美國加州大學圣地亞哥分校
論文速覽
高電壓尖晶石結構正極材料LiNi0.5Mn1.5O4(LNMO)因其高能量密度和成本效益而備受關注,但同時也面臨著快速容量衰減的問題。
本研究通過開發創新的方法,對LNMO-石墨(Graphite)軟包電池中的正極、負極和電解液中的鋰庫存進行了量化分析,首次全面理解了整個電池的降解機制。
研究發現,活性鋰的損失是導致容量衰減的主要因素,主要是由于負極界面不穩定導致的交叉反應。通過系統評估,提出了兩種策略:在正極上應用氧化鋁(Al2O3)表面涂層和在電解液中添加雙氟(草酸根)硼酸鋰(LiDFOB),從而增強了電池的循環穩定性。本研究為高電壓(>4.4V)鋰離子電池技術的發展提供了定量方法和獨特見解。
圖文導讀
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圖1:在Li過渡金屬(TM)氧化物正極/石墨全電池中活性鋰庫存損失的示意圖。
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圖2:LNMO-Gr單層軟包電池的循環性能和重新組裝成扣式電池的測試結果;以及新鮮和從軟包電池中收獲的LNMO和石墨的半電池充放電曲線。
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圖3:XRD、TGC和ICP-MS方法對LNMO正極、石墨負極和電解液中的鋰庫存進行了量化分析,不同循環次數后LNMO的XRD結果、TGC方法用于量化石墨負極中的LixC6、以及電解液中鋰濃度的變化。
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圖4:HRTEM和XPS分析了循環后正極和負極界面的形態和結構,以及不同循環次數后石墨負極界面的XPS F1s光譜和原子比率的變化。
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圖5:在Gen2電解液中LNMO-Graphite軟包電池系統中鋰庫存的演變示意圖。
總結展望
本研究通過XRD、TGC和ICP-MS等技術對高電壓LNMO-Gr系統中的鋰庫存進行了量化分析,揭示了SEI形成導致的活性鋰消耗是電池容量衰減的主要原因。通過TEM和XPS結果進一步支持了這一發現。實驗結果表明,電解液在高電壓工作下發生降解,導致活性鋰損失。
通過在正極上應用Al2O3涂層和在電解液中添加LiDFOB,可以有效地防止正極的交叉反應,其中電解液添加劑在循環性能上顯示出比正極涂層更大的改進。結合兩種策略進一步提高了電池的循環穩定性。本研究提供了一種通用方法來研究鋰離子電池中鋰庫存的變化,并為未來二次電池開發提供了更全面的理解。
文獻信息
標題:Insights into Lithium Inventory Quantification of LiNi0.5Mn1.5O4-Graphite Full Cells

期刊:Energy & Environmental Science
DOI:10.1039/D4EE00842A

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