北理工課題組在高比能鋰離子電池研究中取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2023-12-24 供稿：材料學(xué)院 代中盛 攝影：材料學(xué)院
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12月3日,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院李麗教授課題組在鋰離子電池高鎳正極材料研究中取得重要進(jìn)展,，設(shè)計(jì)了氧離子導(dǎo)體表面修飾高鎳電極材料，實(shí)現(xiàn)了高能量密度電池材料界面調(diào)控,。相關(guān)成果發(fā)表以Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries為題發(fā)表于綜合類期刊Nature Communications,。北京理工大學(xué)材料學(xué)院2022級(jí)博士研究生代中盛為第一作者。（文章鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-43792-0）
日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題促進(jìn)了人們對(duì)先進(jìn)能源材料的探索和開發(fā),。鋰離子電池作為一種新型儲(chǔ)能裝置,，已成功應(yīng)用于電動(dòng)汽車和智能電網(wǎng)。與傳統(tǒng)燃油汽車相比,，電動(dòng)汽車由于動(dòng)力鋰電池的能量密度有限而面臨里程焦慮,。因此，發(fā)展高比能鋰離子電池成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界亟待解決的問(wèn)題,。高鎳正極具有優(yōu)越的理論容量,，高的離子擴(kuò)散系數(shù)和相對(duì)較低的成本，被廣泛認(rèn)為是下一代高性能鋰離子電池最有前途的候選者,。然而,，在充放電過(guò)程中，由材料表面開始的氧析出問(wèn)題不僅引起了材料由層狀相到鋰離子傳導(dǎo)惰性巖鹽相的相變,，也造成了嚴(yán)重的界面副反應(yīng),。同時(shí)，活性氧與電解液反應(yīng)能夠放出大量熱,，當(dāng)熱量積累至足以使隔膜融化時(shí),，正負(fù)極的接觸短路會(huì)使得電池劇烈產(chǎn)熱，最終造成電池?zé)崾Э?。因此,，抑制高鎳正極表面氧析出為高鎳正極的全面商業(yè)化提供契機(jī)。
鑒于此,，北京理工大學(xué)材料學(xué)院李麗教授課題組提出了一種利用氧離子導(dǎo)體La2Mo2O9 (LMO)表面修飾高鎳NCM811的新策略,，利用La和Mo離子與表面氧強(qiáng)的化學(xué)鍵作用“錨定”了表面氧，通過(guò)控制LMO的煅燒溫度,，可以得到兼具富含本征氧空位和氧緩慢傳輸LMO包覆層,，可有效抑制高鎳正極中氧析出，提升了其電化學(xué)性能,。
圖1 (a) 高鎳正極高壓失效機(jī)制及利用LMO表面改性示意圖,；(b) 組裝的LMO-NCM/Gr軟包電池性能；(i, j) 改性前后鋰濃度分析,。
面對(duì)廢舊電池回收處理與資源循環(huán),、高比能二次電池關(guān)鍵材料設(shè)計(jì)、電極材料失效分析等方面，李麗教授課題組取得了系列科研成果,。近期代表性工作如下：
1. Sustainable recycling technology for Li-Ion batteries and beyond: challenges and future prospects, Chem. Rev. 2020, 120 (14): 7020-7063. Doi: 10.1021/acs.chemrev.9b00535 (第一作者：范二莎博士生)
2. Defective oxygen inert phase stabilized high-voltage nickel-rich cathode for high-energy lithium-ion batteries. Nat. Commun. 14, 8087 (2023). Doi: 10.1038/s41467-023-43792-0 (第一作者：代中盛博士生)
3. Carbon neutrality strategies for sustainable batteries: from structure, recycle, property to application. Energy Environ. Sci. 2023, 16, 745-791. Doi: 10.1039/d2ee03257k（第一作者：林嬌博士生）
4. An emerging and consummate photocatalysis-assisted strategy for efficient recycling of spent lithium-ion batteries. ACS Energy Lett . 2023, 8, 4287-4295. Doi: 10.1021/acsenergylett.3c01635 (第一作者：呂曉偉博士生)
5. Degradation of Ni-rich cathode materials: A multiple fields coupling with negative feedback process. Energy Storage Mater. 2023, 63, 103050. Doi: 10.1016/j.ensm.2023.103050 (第一作者：黃清榮博士生)
6. Interfacial designing of MnO2 half-wrapped by aromatic polymers for high-performance aqueous zinc-ion batteries. Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 134, e202212231. Doi: 10.1002/anie.202212231（第一作者：趙逸博士后）
7. A Self-Regulated Electrostatic Shielding Layer toward Dendrite-Free Zn Batteries. Adv. Mater. 2022, 2203104. Doi: 10.1002/adma.202203104 (第一作者：胡正強(qiáng)博士生)
8. Achieving sustainable and stable potassium-ion batteries by leaf-bioinspired nanofluidic flow. Adv. Mater. 2022, 2204370. Doi: 10.1002/adma.202204370 (第一作者：張喜雪博士生)
9. Sustainable upcycling of spent lithium-ion batteries cathode materials: stabilization by in situ Li/Mn disorder. Adv. Energy Mater. 2022, 202201174. Doi: 10.1002/aenm.202201174 (第一作者：林嬌博士生)
10. High-performance aqueous zinc batteries based on organic cathodes integrating multi-redox centers. Adv. Mater. 2021, 210646. Doi: 10.1002/adma.202106469 (第一作者：趙逸博士后)
附作者簡(jiǎn)介：
代中盛,，北京理工大學(xué)2022級(jí)博士研究生, 師從李麗教授，研究方向?yàn)楦咝阅茕囯x子電池關(guān)鍵材料及應(yīng)用,。
李麗,，北京理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師,。入選教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授,，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士、教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才等,。長(zhǎng)期從事新型綠色二次電池關(guān)鍵材料設(shè)計(jì),、廢舊電池回收處理與資源化利用，綠色二次電池衰減機(jī)理與智能診斷等研究開發(fā),。
陳人杰,，北京理工大學(xué)教授，博士生導(dǎo)師,。入選教育部長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授,，英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)士,、中國(guó)工程前沿杰出青年學(xué)者等,。主要從事多電子高比能二次電池新體系及關(guān)鍵材料、新型離子液體及功能復(fù)合電解質(zhì)材料,、特種電源用新型薄膜材料與結(jié)構(gòu)器件,、綠色二次電池資源化再生等方面的教學(xué)和科研工作。
吳鋒,，北京理工大學(xué)杰出教授,、博士生導(dǎo)師，中國(guó)工程院院士,，國(guó)際歐亞科學(xué)院院士,，亞太材料科學(xué)院院士，長(zhǎng)期從事新型二次電池與相關(guān)能源材料的研究開發(fā),。作為第一完成人,，獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)、國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)各一項(xiàng),、部級(jí)科學(xué)技術(shù)和技術(shù)發(fā)明一等獎(jiǎng)5項(xiàng),；獲何梁何利基金科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)、國(guó)際電池材料學(xué)會(huì)(IBA)科研成就獎(jiǎng)等,。
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