動(dòng)力電池作為新能源汽車的核心部件之一，決定著新能源汽車的發(fā)展水平。提升電池儲(chǔ)電性能，有利于相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展。

在新型高容量?jī)?chǔ)鋰電極材料中，富鋰錳基正極材料是全球公認(rèn)的下一代高容量正極材料，放電比容量高達(dá)300mAh/g以上。

天目新聞?dòng)浾邚闹袊茖W(xué)院寧波材料所了解到，近日，該所動(dòng)力鋰電池工程實(shí)驗(yàn)室劉兆平研究員帶領(lǐng)研究團(tuán)隊(duì)對(duì)富鋰錳基正極材料開展了深入研究，在鋰離子傳輸動(dòng)力學(xué)過程等方面取得了系列進(jìn)展。

利用多種表征手段，團(tuán)隊(duì)分別分析了錳（Mn）元素不同含量下的鋰電池?zé)崽幚磉^程，揭示了富鋰錳基正極材料中，Mn元素含量越高，其熱失控溫度越低。

同時(shí)，為了提升電池的高熱穩(wěn)定性和高比容量，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新設(shè)計(jì)了一種多晶型結(jié)構(gòu)的富鋰錳基正極材料，可實(shí)現(xiàn)更高的放電比容量，并實(shí)現(xiàn)更好的熱穩(wěn)定性。

相關(guān)負(fù)責(zé)人介紹，該研究結(jié)果詳細(xì)闡明了富鋰錳基正極材料的氧活性與熱穩(wěn)定性之間的關(guān)系，對(duì)下一代高安全、高能量密度鋰離子電池的實(shí)現(xiàn)提供了重要借鑒意義。相關(guān)內(nèi)容發(fā)表在國際著名的材料科學(xué)期刊Materials Today。

另外，以往研究表明，富鋰錳基正極材料中，當(dāng)其一次晶粒達(dá)到微米級(jí)時(shí)，往往表現(xiàn)出極低的比容量、快速的容量衰減和電壓衰減。

為了了解其中原因，研究團(tuán)隊(duì)研究了鋰離子在富鋰錳基正極材料晶粒內(nèi)部的擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)過程，對(duì)該電化學(xué)性能給出了合理的解釋。

團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)鋰離子擴(kuò)散系數(shù)較低的富鋰錳基正極材料來說，比容量的發(fā)揮高度依賴于顆粒尺寸大小。

其中，微米級(jí)晶粒具有更好的結(jié)晶性和更高的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)。長(zhǎng)擴(kuò)散距離對(duì)于晶粒內(nèi)部鋰離子擴(kuò)散過程具有負(fù)面影響，大尺寸一次晶粒的電化學(xué)過程伴隨著晶粒內(nèi)部不均勻的鋰離子分布，由此導(dǎo)致應(yīng)力應(yīng)變?cè)陔娀瘜W(xué)過程中發(fā)生積累。

團(tuán)隊(duì)還直接觀察到，微米級(jí)富鋰錳基正極材料晶粒內(nèi)部大量層錯(cuò)的產(chǎn)生以及顯著的層狀相向尖晶石以及鹽巖相的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變，揭露了微米級(jí)富鋰錳基正極材料中快速的容量衰減和電壓衰減的原因。

該研究工作對(duì)制定相應(yīng)的富鋰錳基正極材料改性策略具有重要的理論指導(dǎo)意義，相關(guān)研究成果于近日發(fā)表在國際著名的材料科學(xué)期刊Energy Storage Materials。