双离子电化学活性的新型锂电正极材料已被研发出来!

2020-09-02 15:59 ryder

最近,中国科学院深圳先进技术研究院功能薄膜材料研究中心研究员唐永兵和他的团队成员以及英国圣安德鲁斯大学的莱特富特教授孙成华, 澳大利亚斯威本科技大学的教授,深圳清华大学伯克利分校的研究员成慧明成功开发了一种具有双重阴离子和阳离子电化学活性的新型锂离子电池正极材料。 这项工作对基于多个电化学反应活性中心的新储能装置及相关材料的研究具有重要的参考意义。 相关研究结果阳离子和聚阴离子氧化还原结合的锂离子电池用草酸盐正极(“具有阳离子和聚阴离子氧化还原活性的草酸锂离子电池正极材料”)已在线发表在“自然通讯”(Nature Communications,2019,DOI)上 :10.1038 / s41467-019-11077-0)。  
 
随着便携式电子设备,电动乘用工具和储能等关键行业的迅速发展,锂离子电池已被迫具有更高的性能指标。 但是,就像桶效应一样,锂离子电池性能的缺点也在于正极。 因此,正极材料的设计和开发是当前的研究重点。 传统的锂离子电池正极材料主要包括氧化物和聚阴离子。 其中,钴酸锂等氧化物阴极具有两对过渡金属和氧阴离子的氧化还原对,因此容量较高。 然而,氧阴离子的电化学反应不稳定,容易产生气体并导致阴极结构塌陷,这导致电池故障和严重的安全事故。 聚阴离子正电极(例如磷酸铁锂)由于以聚阴离子为结构框架而显着改善了材料的结构稳定性,但是聚阴离子作为非活性成分降低了总能量密度。 因此,如果可以开发新的阴极材料,则可以有效地结合两种反应机理的优点,并且期望可以实现高安全性和高能量密度。  
 
基于上述考虑,唐永兵及其团队成员姚文娇,周小龙等在联合国国际团队中成功开发了新型的Li2Fe(C2O4)2聚阴离子阴极材料,并找到了聚阴离子阴极材料 首次具有铁离子和草酸盐基团的两种电化学活性。  Fe2 + / Fe3 +变化的可逆性已通过Mössbauer光谱和原位同步加速器近吸收侧和扩展吸收侧精细结构进行了验证; 原位拉曼光谱和碳氧同步辐射辐射的近侧吸收侧结构验证给出了草酸根阴离子基团的可逆变化; 进一步的理论计算给出了新型阴极材料的电化学反应机理。 研究发现了一种新型的具有阴离子和阳离子双重电化学活性的聚阴离子正极材料,对研究和开发基于多个电化学活性中心的二次电池正极材料具有重要的指导意义。

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