鋰離子電池能儲(chǔ)存更多能量嗎？鋰離子電池電動(dòng)汽車能行駛得更遠(yuǎn)嗎？近日，哈工大深圳校區(qū)材料科學(xué)與工程學(xué)院慈立杰教授團(tuán)隊(duì)在英國(guó)皇家化學(xué)學(xué)會(huì)旗下國(guó)際頂尖期刊《化學(xué)學(xué)會(huì)評(píng)論》（Chemical Society Reviews，影響因子46.2）上發(fā)表題為《鋰離子電池層狀富鎳陰極的微觀結(jié)構(gòu)》（Microstructures of layered Ni-rich cathodes for lithium-ion batteries）的綜述文章。文章系統(tǒng)綜述了鋰離子電池層狀富鎳陰極的微觀結(jié)構(gòu)的最新研究進(jìn)展，為創(chuàng)造零碳排放世界帶來(lái)新啟示。
1976年，Stanley Whittingham首次發(fā)表可充電鋰電池研究文章，文章一經(jīng)發(fā)表便吸引了全球諸多科學(xué)家關(guān)注。1991年，鋰離子電池實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。2019年，該技術(shù)因“創(chuàng)造了可充電的世界”而被授予諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。目前，該技術(shù)已被規(guī)模應(yīng)用于各類可移動(dòng)電子設(shè)備、電動(dòng)車及儲(chǔ)能系統(tǒng)中。其中，基于層狀氧化物陰極的鋰離子電池已被廣泛應(yīng)用于新能源汽車，但它們的行駛里程較為有限，增加此類陰極中的鎳含量是提升電池能量密度并緩解里程焦慮的關(guān)鍵策略。然而，高鎳陰極微結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與整體電化學(xué)性能會(huì)隨著鎳含量的不斷升高而逐漸下降，嚴(yán)重阻礙其實(shí)際應(yīng)用進(jìn)程。
本論文作者團(tuán)隊(duì)的前期研究成果表明：高鎳陰極的微結(jié)構(gòu)失效（如：晶格結(jié)構(gòu)變化、微裂紋、表面失效）及其引發(fā)的化學(xué)/電化學(xué)副反應(yīng)是其電化學(xué)性能衰退的關(guān)鍵因素。本綜述文章系統(tǒng)總結(jié)了鋰離子電池高鎳層狀氧化物陰極微觀結(jié)構(gòu)方面的研究進(jìn)展，對(duì)其失效機(jī)理、穩(wěn)定策略和先進(jìn)表征技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行了細(xì)致歸納與深入分析，并對(duì)未來(lái)研究方向進(jìn)行展望，為發(fā)展性能穩(wěn)定的高比容量富鎳陰極材料提供了指導(dǎo)，為加速基于高鎳陰極的鋰離子電池在電動(dòng)汽車等領(lǐng)域的大規(guī)模應(yīng)用提供助力。
近年來(lái)，慈立杰教授團(tuán)隊(duì)致力于新型高能量密度電池關(guān)鍵材料、機(jī)制與器件等方面的研究，已在基礎(chǔ)研究和產(chǎn)業(yè)應(yīng)用方面取得一系列進(jìn)展，相關(guān)研究成果以通訊作者身份發(fā)表于Chemical Society Reviews，Advanced Materials，Energy & Environment Science，Advanced Energy Materials，Advanced Functional Materials等高水平期刊上，已獲授權(quán)國(guó)家發(fā)明專利50余項(xiàng)，得到學(xué)界和業(yè)界的廣泛關(guān)注。硅基負(fù)極、固態(tài)電解質(zhì)等團(tuán)隊(duì)開發(fā)的部分核心技術(shù)已實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化。
該論文的第一作者為理學(xué)院助理教授陸敬予，通訊作者為助理教授陸敬予，材料科學(xué)與工程學(xué)院副教授李德平、教授慈立杰。該論文還得到了上?？萍即髮W(xué)教授許超、澳大利亞新南威爾士大學(xué)博士Wesley Dose和英國(guó)阿伯丁大學(xué)博士Sunita Dey的支持。哈工大深圳校區(qū)為文章第一完成單位及唯一通訊單位。研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、深圳市穩(wěn)定支持基金等項(xiàng)目的支持。
圖 富鎳陰極微結(jié)構(gòu)失效與穩(wěn)定策略
