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国内首次发现新型磷酸铁锂电池材料:高容量可充放电“亚美体育官方网站”

发布时间:2021-08-24 丨 浏览次数:208

本文摘要:锂离子电池电极材料仍然是最近几十年的热门能源材料。

锂离子电池电极材料仍然是最近几十年的热门能源材料。锂离子电池由于其循环可利用、能量密度低的优势,目前已获得普遍的商业化生产和应用于,小到电子器件、电动自行车,大到电动汽车、能源(风能、地热能等)存储。  锂离子电池由负极、负极和电解液包含,目前的负极材料已具备很高的容量、倍率和稳定性,电解液的窗口电压和离子传导能力也能符合大部分电极材料,但是负极材料的倍率性能、容量和稳定性却还近跟上。

因此,研发新型负极材料仍然是一个最重要研究方向。  在负极材料中,磷酸铁锂材料橄榄石型(oliven-LiFePO4)具备一维锂离子迁入地下通道,由于其结构平稳、价格便宜而沦为研究的热点,早已广泛应用在电动汽车动力电池上。除橄榄石型之外,互为磷酸铁锂(-LiFePO4)是另一种结构有所不同的磷酸铁锂材料,这种材料理论能量密度比橄榄石互为更高。

但是,显的磷酸铁锂材料被证明是没活性的。  纯相-LiFePO4中锂离子和周围氧原子是以四面体配位的形式不存在,有所不同锂离子被互相隔绝出去,橄榄石看中的锂离子一维蔓延地下通道不复存在,反而是铁原子占有了原先的一维锂离子地下通道,造成没有效地的锂离子迁入地下通道不存在,因此无法充放电,没锂电池电极材料的活性。如果在-LiFePO4中需要引进新的锂离子蔓延地下通道,构建低的电化学性能未来将会沦为现实。

  近日,新材料学院潘锋教授团队在此领域获得重大突破。他们应用于球篦技术第一次构建了磷酸铁锂的转录。用球篦-LiFePO4样品不作负极材料装配的锂电池构建了130mAg-1的容量和1000次以上循环的的平稳充放电。

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通过更进一步的实验和第一性原理计算出来,他们明确提出并检验了缺失转录机制。球篦过程引进了Li/Fe反位(FeLi)和Fe空位(VFe),使得原本没地下通道的纯相-LiFePO4产生了的电子二垒的三维锂离子地下通道,从而使得-LiFePO4被顺利转录。

  该成果使-LiFePO4沦为一种具备应用于潜力的新型负极材料,同时涉及的机理也为今后负极材料的设计获取了新思路,比如引进无序来转录被拘禁的锂离子,从而取得低电化学性能。涉及工作近日公开发表在国际材料知名期刊NanoLetters(DOI:10.1021/acs.nanolett.5b04302,NatureIndex杂志之一,影响因子13.6)上,2013级硕士研究生郭华、宋孝河是该文章的联合第一作者,特聘研究员郑家新的博士和潘锋教授是联合通信作者。左图为缺失态-LiFePO4结构和锂离子迁入地下通道示意图及适当的迁入能垒右图为有所不同球篦条件(例如bLFPC-8为球篦8小时)下的充放电曲线  该工作的合作者还包括新材料学院全职教授、美国伯克利国家实验室的WangliYang教授,美国阿贡实验室的KhalilAmine教授等。该项工作获得了国家电动汽车动力电池根本性专项、广东省引入科技创新团队项目、深圳孔雀计划及深圳市科技创新基础项目等基金的反对。


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