納米單顆粒鋰電池性質研究方麵獲得突破


鋰電池已經廣泛應用在手機和電動車上。鋰電池正負極材料的納米和微米單顆粒是構成鋰電池極片的基本活性單元,如何建立研究方法測量單顆粒納米和微米晶體的電池性能是這個領域具有挑戰性的課題,其研究的困難在於:在普通電池性能的電化學測試過程中,人們用的都是具有一定厚度的極片,裏麵包含了濃差極化、電化學極化以及顆粒之間的相互作用等信息,單個納米顆粒的特性被覆蓋在了上述複合信息中,得不到鋰電池材料單個納米顆粒真實的信息。為了更好地設計鋰電池和開發下一代鋰電池材料,鋰電池單個顆粒的電化學研究就顯得十分必要,這需要新的方法、新的思維。

北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授課題組發展了一種製備單納米顆粒分散的超薄電極的方法,將這種電極上的顆粒完全分散在碳納米管網絡中,然後進行電化學測試。同時課題組開發單顆粒納米電化學計算模型,這種單顆粒模型借助實驗得到的充放電曲線(鋰離子濃度和電壓之間的關係)和CV(電流與電壓的關係)曲線進行模擬計算,得到單納米顆粒的界麵反應常數和鋰離子體相擴散係數。

單納米顆粒分散的超薄的電極和電化學測量及模擬計算1

單納米顆粒分散的超薄的電極和電化學測量及模擬計算2


磷酸鐵鋰電池納米晶體顆粒的界麵結構與鋰電池性質的相關性

通過測量和模擬計算不同溫度條件下不同電解液環境體係中的單顆粒信息,該課題組首次提出了電化學界麵動力學反應的前置因子與鋰離子在單個顆粒上的溶劑化和脫溶劑化過程活化能直接關聯,同時將納米晶體界麵的結構和電池的電化學性能關聯起來。

Adv. Energy Mater雜誌封麵

該研究成果以封麵文章發表在近期的國際材料與能源的頂級科研期刊Advanced Energy MaterialsAdv. Energy Mater. 2017, 7, 1601894, 影響因子IF=15.23)上,該工作由潘鋒教授和林原教授指導,由2015級博士生胡江濤、2013級碩士生李文合作完成。

Ref. Jiangtao Hu+, Wen Li+, Yandong Duan, Suihan Cui, Xiaohe Song, Yidong Liu, Jiaxin Zheng, Yuan Lin,* and Feng Pan*“Single-Particle Performances and Properties of LiFePO4 Nanocrystals for Li-Ion BatteriesAdv. Energy Mater. 2017, 7, 1601894.

(來源:北京大學深圳研究生院新材料學院)

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