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行业百科

阿贡国家实验室:正极补锂解决SiOX低首效问题

发布时间:2020/09/10 15:32:34    访问量:188 次

随着锂离子电池能量密度的不断提升,石墨材料(理论比容量仅为372mAh/g)已经无法满足高比能电池的设计需求,人们迫切的需求一种高容量的负极材料来替代现有的石墨负极材料。Si材料的理论容量可达4200mAh/gLi4.4Si),是一种非常理想的负极材料,然而Si材料在嵌锂过程中体积膨胀可达300%以上,导致颗粒粉化和负极结构的破坏,因此人们尝试采用体积膨胀相对较小的SiOx材料作为负极材料,在首次嵌锂的过程中Li会与材料中的O结合生成LiOx,这些锂氧化合物一方面能够吸收嵌锂过程中材料发生的体积膨胀,提升SiOx材料的循环性能,另一方面却会造成活性Li的损失,引起首次充放电库伦效率降低。

补锂是解决SiOx导致的首次效率降低的有效方案,补锂的技术路线主要有正极补锂和负极补锂两种,其中负极锂粉和锂箔补锂是目前补锂的主要方向,然而金属Li的化学性质非常活泼,对环境要求极高,同时还伴随着不小的安全性风险,因此近年来正极补锂也得到了广泛的关注,正极补锂主要是通过在正极添加高容量的含Li氧化物(这些氧化物一般具有首次充电容量高,但是可逆容量低的特点),补充首次充放电过程中的不可逆容量损失。

在众多的正极补锂材料中,由阿贡国家实验室合成的Li5FeO4材料凭借着867mAh/g的理论比容量,吸引了广泛的关注,阿贡国家实验室在2016年首次报道了Li5FeO4材料,当时通过在LCO/硬碳体系中添加Li5FeO4材料,首次效率提升了10%左右,并且显著改善了电池的循环性能。近日,该课题组的Linghong Zhang(第一作者)和Wenquan Lu(通讯作者)将Li5FeO4材料材料应用到SiOxNCM523体系中,显著提升了电池的首次库伦效率和循环稳定性。

LFO材料理论容量高达867mAh/g,实际容量发挥也可以达到600mAh/g以上,并且在2.7V以上时几乎没有可逆容量,也就是说其脱出的Li几乎全部都不会重新嵌入到LFO中,这使得LFO材料非常适合作为正极补锂材料使用,通过在正极添加一定量的LFO能够显著的提升电池的可逆容量,提升锂离子电池能量密度,同时由于LFO使用相对便捷、安全性高因此具有广阔的应用前景。作为一种实验用小型回转窑,凤谷粉体烧结炉可以通气氛,抽真空,一种炉窑多种内胆,满足不同材料的烧结条件,是实验、小批量生产、小试线、中试线的理想之选。

基于水溶剂的LLZO粉体处理和陶瓷烧结工艺针对于批量生产,设计并探索出一套基于水系的砂磨、喷雾工艺,避免使用有机溶剂带来的风险,降低粉体处理的设备、物料成本。

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