博士生黃浩的工作被Energy Storage Materials接收！
發(fā)布日期：2024-12-12
近日，遼寧科技大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院“遼寧省能源材料與電化學(xué)”重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室孫呈郭教授和安百鋼教授圍繞氟代鋰鹽對于富鎳正極表面相腐蝕的研究工作取得突破性進(jìn)展。研究成果以《Self-induced corrosion of Ni-rich cathode materials by fluor-lithium salts》為題發(fā)表在《Energy Storage Materials》。遼寧科技大學(xué)為第一通訊單位，2023級博士黃浩和2020級博士鄭金剛為共同第一作者。該項(xiàng)目得到了國家自然科學(xué)基金、遼寧省自然科學(xué)基金、遼寧省科技項(xiàng)目、遼寧省教育廳重點(diǎn)項(xiàng)目及遼寧省能源材料與電化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的大力支持。
發(fā)展固態(tài)鋰離子電池有望解決液態(tài)鋰電池低能量密度和高可燃性問題。然而，固態(tài)鋰離子電池正極顆粒之間的鋰離子傳輸緩慢，并在電池充放電過程中出現(xiàn)鋰離子匱乏區(qū)域。因此，在制備高活性材料負(fù)載量正極時(shí)，除了導(dǎo)電添加劑和粘合劑外，還經(jīng)常添加一些固態(tài)電解質(zhì)組分或鋰鹽來改善正極材料中的離子傳輸性能和電化學(xué)動力學(xué)。遼科大能源材料與電化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)在研究中意外觀察到，在富鎳正極材料中添加10-30 wt%的氟代鋰鹽會導(dǎo)致前幾個(gè)循環(huán)中的放電容量損失，這與氟代鋰鹽對富鎳正極的表面相腐蝕密切相關(guān)。在電壓驅(qū)動下，富鎳正極的鎳離子可以作為金屬催化位點(diǎn)誘導(dǎo)氟代鋰鹽中C-F鍵斷裂。二其他金屬離子（鐵、鈷和錳）無法對C-F鍵斷裂產(chǎn)生相同的催化活性。一旦發(fā)生腐蝕，NCM811顆粒的表面將產(chǎn)生富含NiF2的腐蝕層，并且表面層狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)閹r鹽相。
研發(fā)團(tuán)隊(duì)通過理論計(jì)算及對比實(shí)驗(yàn)，揭示了全固態(tài)鋰金屬電池中氟鋰鹽對富鎳正極材料表面相的腐蝕行為，提出并證明了相應(yīng)的腐蝕機(jī)制。該研究結(jié)果對合理制備高電壓富鎳正極和設(shè)計(jì)高性能的固態(tài)鋰金屬電池具有重要指導(dǎo)意義。
圖1. 可視化氟代鋰鹽對富鎳正極表面相腐蝕
圖2. 氟代鋰鹽對于富鎳正極腐蝕機(jī)理