Adv. Energy Mater. :通过稳定的电极/电解质界面实现富镍NMC阴极的高电压运行

Allen 7年前 (2018-04-13) 4772浏览

【引言】

随着用于电动车辆和大规模储能系统的高能量密度电池日益增长的需求，锂（Li）金属被认为是储能系统的理想阳极，因为它具有极高的理论比容量（3860 mA h g-1）和最低的负电化学电位（-3.040 V 相对于标准氢电极）。自二十世纪七十年代以来，可充电锂金属电池（LMBs）被认为是下一代高能量密度储能系统最有前途的候选者之一。然而，在高速条件下使用高压阴极运行LMBs仍然是一个重大挑战。

【成果简介】

近日，美国太平洋西北国家实验室Jianming Zheng、Ji-Guang Zhang、厦门大学杨勇（共同通讯）等人使用LiNi0.76Mn0.14Co0.10O2（NMC76）的富镍层状阴极和优化的电解质[0.6 M双（三氟甲磺酰基）酰亚胺锂+0.4 M双（草酸根）硼酸锂+0.05 M LiPF6溶解在碳酸亚乙酯中的LMB和碳酸甲乙酯（按重量计4：6）]在4.5V的高充电截止电压下表现出优异的稳定性。值得注意的是，这些Li || NMC76电池在2C/2C的高充电/放电电流速率下可以提供> 220 mAhg-1（846 W h kg-1）的高放电容量并在1000次循环后保持超过80％的容量 （1C = 200mA g-1）。这种优异的电化学性能可归因于使用优化的电解质，富含Ni的NMC76阴极材料和Li金属阳极的结构/界面稳定性大大提高。相关成果以题为“High Voltage Operation of Ni‐Rich NMC Cathodes Enabled by Stable Electrode/Electrolyte Interphases”发表在了Adv. Energy Mater.上。

【图文导读】

图1 电化学行为

A,B）比较两种电解质的A）循环性能和B）容量保持率

C,D）使用C）E-基线和D）E-优化的LMB的电压曲线

E,F）两种LMB之间的E）中点电压演变和F）能量密度的比较

图2 循环性能比较

A-C）在A）1C/1C，B）2C/2C和C）5C/5C的高充电/放电电流速率下循环性能比较

D）以相同充放电速率评估性能

E）长期的循环表现

图3 XPS表征分析

A-C）分别在E基线中循环样品的C 1s，O 1s和F 1s光谱

D-G）分别在E优化中循环样品的C 1s，O 1s，F 1s和B 1s谱

【小结】

该工作证明了富含Ni的NMC阴极NMC76在4.5V的高充电电压下高度稳定，这项工作的主要发现为开发高能量密度，高充电截止电压（4.5 V）和下一代储能系统所需的高功率能力的高稳定性LMBs提供了新途径。

文献链接：High Voltage Operation of Ni‐Rich NMC Cathodes Enabled by Stable Electrode/Electrolyte Interphases（Adv. Energy Mater. ,2018,DOI:10.1002/aenm.201800297 ）

本文由材料人新能源前线Allen供稿，材料牛整理编辑。

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