UNIST研究团队开发新的涂层技术 可大幅提高锂电池使用寿命

2021-12-17      662 次浏览

由UNIST的科学家开发的一种新型锂离子电池(LIBs)涂层有望延长未来电动汽车(EVs)的行驶时间。在《自然能源》杂志上发表的一篇论文中描述了这种涂层,当它应用于锂离子电池时,即使在充放电超过500次后,也能提高循环稳定性。因此,一次电池充电就能行驶更远距离的EV电池的开发获得了相当大的动力。


UNIST能源与化学工程学院的杰出教授JaephilCho和他的研究团队公布了一种新的涂层技术,可以极大地抑制晶间裂纹、化学副反应和阻抗增长。根据研究团队的说法,鉴于这是在室温下发生的,而且二次粒子并没有改变晶体的体积,而是在晶界(GB)中产生剧烈的变化,因为它们被反应润湿浸润。


富镍(Ni-rich)材料被认为是很有前途的阴极材料,因为它们可以以较低的成本提供更高的容量。然而,传统的富镍阴极在寿命短方面受到限制,这是因为微裂纹和反复充电/放电操作导致的电解液的副反应。因此,为了防止电解液的劣化,目前在700℃以上热处理生产的所有材料的表面都涂上了一层保护膜。但是,一直存在着性能差、生产成本高的问题。


CoxB-NCM的电化学性能优于原始NCM。(e)CoxB-NCM/Gr和原始NCM/Gr全电池在1.0C下的循环性能,在25℃下的电压范围为2.8-4.3V。插图:组装好的袋式电池的照片


在该研究中,研究团队提出了一种室温合成路线,以实现二次粒子的全表面覆盖和对晶界的柔性灌注,从而提供了一种完整的"涂层加灌注"策略。通过该方法,他们构建了高质量的硼化钴(CoxB)金属玻璃灌注NCM二次粒子的反应润湿方法。在界面化学反应的强大驱动力下,纳米级硼化钴(CoxB)金属玻璃不仅完全包裹住二次粒子表面,而且还注入到一次粒子之间的晶界(GB)中。这是非凡的,因为它发生在室温下,二次粒子并没有改变晶体的体积,而是在GB中产生剧烈的变化,因为它们被反应润湿浸润。因此,它通过缓解缠绕的阴极侧晶间SCC、微结构退化和副反应,以及对阳极的TM交叉效应,提供了优越的电化学性能和更好的安全性。


涂层加灌注微结构示意图,其中CoxB均匀涂覆在NCM二级颗粒表面,并灌注到NCM一级颗粒之间的GB中


他们的研究结果表明,采用新涂层方法构建的电池在500次循环中表现出了令人印象深刻的95%的容量保持率,与现有的富镍材料相比,寿命保持率提高了约20%。不仅如此,它还极大地提高了NCM的速率能力和循环稳定性,包括在高放电率和高温(45?℃)条件下,因为它极大地抑制了晶间裂纹、副反应和阻抗增长。


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