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锂离子电池高能量密度富锂锰基层状氧化物正极

时间:2018-08-28 06:42来源:未知 作者:秒速赛车 点击:
中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组副研究员禹习谦与美国布鲁克海文国家实验室博士Enyuan Hu、研究员Xiao-Qing Yang、Huolin Xin,美国阿贡国家实

  中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心清洁能源重点实验室E01组副研究员禹习谦与美国布鲁克海文国家实验室博士Enyuan Hu、研究员Xiao-Qing Yang、Huolin Xin,美国阿贡国家实验室研究员Jun Lu、Kahlil Amine和美国国家标准与技术研究院相关研究人员合作,利用原位X射线吸收光谱和透射电镜三维成像等先进表征手段细致研究了富锂锰基层状氧化物正极材料的电压衰减机制(图1),阐明了晶格氧离子参与氧化还原反应的不稳定性与电压衰减的本质关联以及不同元素对电压衰减的影响,并提出了相应的解决方案。该研究结果近日发表在《自然-能源》上(Nature Energy,2018,3,690-698),文章题为Evolution of redox couples in Li- and Mn-rich cathode materials and mitigation of voltage fade by reducing oxygen release。

  层状氧化物正极材料(LiTMO2,TM为3d过渡金属)是实现300Wh/kg以上高能量密度锂离子电池的关键材料。特别是由岩盐结构单元Li2MnO3与六方层状结构单元LiTMO2形成的富锂锰基层状氧化物正极材料(Li1+xTM1-xO2,或者可以写为xLi2MnO3·(1-x)LiMO2),由于具有两倍于第一代锂离子电池正极材料LiCoO2的可逆储锂容量而倍受关注(达到300 mAh/g)。但是该类材料在电化学循环过程中出现持续的电压衰减(Voltage fade),成为限制其实际应用的主要瓶颈。由于富锂锰基材料具有复杂的结构和化学组成,在电化学过程中发生复杂的电荷补偿并伴随着缓慢的结构变化,对电压衰减的机制一直缺乏准确的认识和确凿的实验证据。

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  为了确保锂离子蓄电池的使用安全性,一般通过对外部电路的控制或者在蓄电池内部设有异常电流切断的安全装置。即使这样,在使用过程中也有可能其他原因引起蓄电池内压异常上升,这样,安全阀释放气体,以防止蓄电池破裂。安全阀实际上是一次性非修复式的破裂膜,一旦进入工作状态,保护蓄电池使其停止工作,因此是蓄电池的最后的保护手段。

  当然,也正因为巨额补贴的巨大诱惑导致一些企业“铤而走险”,进行政策套利,这也是为什么大家会时常看到有关车企“骗补”在车辆未销售情况下提前申报补贴等违法个案被曝光。此前,澎拜新闻还曾报道过上海一名新能源汽车品牌4S店销售员,从2016年至2017年4月,先后骗取补贴诈骗购车主62人近300万元。

  为了既发挥锂离子蓄电池优点,也确保其安全性,必须对 “过充电”、“过放电”、“过电流”、“异常高温”、“单电池之间性能差”等进行精密控制。

  17.强化督查考核。每年3月15日前,各相关单位将任务分工落实情况报送市新能源汽车产业发展领导小组办公室,办公室会同市政府督查和目标办开展督查,通报督查结果。(责任单位:市新能源汽车产业发展领导小组办公室,市政府督查和目标办)

  三、加快垂直创新体系建设,大力开展协同创新和联合攻关,要与上游石化企业联合起来,加强锂电池隔膜专用料的开发,当前影响我国隔膜质量的因数除了工艺技术和设备外,关键是缺少符合隔膜生产需要的锂电池隔膜专用料。

  不良信息举报电话举报邮箱:增值电信业务经营许可证:B2-20080207

  本通知自印发之日起实施,《合肥市人民政府关于支持新能源汽车发展的若干意见》(合政〔2016〕90号)等文件中与上述政策不一致的条款停止执行,其它未调整条款继续有效。国家新出台有关标准和规定,按照国家规定和标准调整执行。

  图4 (a)和(b)电极颗粒在电化学循环前后的三维形貌图;(c)和(d)循环前材料颗粒中内部微孔孔径分布统计;(e)和(f)循环后材料颗粒中内部微孔孔径分布统计。

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  北汽新能源EV160是北汽新能源推出旗下新一代纯电动入门级车型,在设计中,融入了比较时尚的元素,其中搭载了由其自主研发的永磁同步电机,最大功率53千瓦,与传统燃油车实际驾驶体验感没有太大的差异。

  同步辐射光源可以提供多种非破坏性原位研究电池材料电化学过程反应机理的实验技术,禹习谦及所在物理所清洁能源实验室E01课题组研究团队多年来一直致力于发展用于电池研究的原位实验方法,取得了系列研究成果。最近受邀和国际同行一起在Chemical Reviews(2017,117,13123-13186)和Accounts of Chemical Research(2018,51,290-298)等期刊上撰写综述文章介绍同步辐射应用于电池材料研究的实验方法。相关工作得到科技部重点研发计划(2016YFA0202500)、基金委创新群体基金(51421002)、中科院百人计划和中组部青年千人计划项目支持。

  新时代新梦想。近年来,随着国内新能源汽车及储能电池的兴起,连城县依托本身丰富的锰矿资源,追梦新能源,将目光瞄向锂电池市场,“无中生有”打造锂电池产业集聚区。通过以商招商、产业链招商等方式,腾笼换鸟、筑巢引凤,连城县先后引进锂电池正极材料、锂离子电解液、锂电池软包装等项目,总投资达30亿元,集锂电池上、中、下游产业于一体的产业链已初步形成。

  三元锂和磷酸铁锂的安全性之争可以说在业内划出一道口子,究竟应该使用哪种电池一直众说纷纭。为此,中国客车网针对...[详情]

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  图1 Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2不同充放电周次的(a)充放电曲线和(b)循环伏安曲线中不同元素在不同充放电周次的X射线不同充放电周次的氧化还原反应(a)不同元素在不同充放电周次对容量的贡献;(b)电子结构变化带来的锂离子储存电势的变化;(c)不同过渡金属氧化还原电对能级差异与电压衰减关联。

  图4示出常温下的充电状态(SOC)与输入、输出的功率密度的关系。由图可知,当充电状态低时,电流输出功率小,但大于镍氢蓄电池相应值。而充电时,则呈负相关关系,即SOC升高,输入电流明显下降。即使这样,其实际量值与其它蓄电池相比还维持较大值。参见图4(a)。图4(b)表示温度与输入、输出功率密度的关系。与其它种类蓄电池一样,充放电功率温度越低,其量值越小。这是因为在低温下电解液的粘度增大,离子移动速度变慢的缘故。

  研究团队利用同步辐射X射线吸收光谱技术并结合特殊设计的模拟电池(图2),原位研究了锂离子电池富锂锰基层状氧化物正极材料(Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2)在不同充放电周期的氧化还原反应机制,发现过渡金属阳离子Ni、Co、Mn和晶格氧阴离子同时参与了氧化还原反应,贡献储锂容量并且随着电化学循环发生演化(图3)。其中晶格氧离子参与反应贡献大量储锂容量但不稳定,Mn和Co随着电化学循环逐渐活化参与电化学反应(被还原导致电压衰减)并补偿由于氧参与反应不稳定带来的容量损失。上述研究结果清楚揭示了晶格氧参与反应提供高容量的反应机制与富锂锰基材料电压衰减之间的本质关联。进一步通过透射电镜三维成像技术证实了材料在电化学循环过程中逐渐失氧,并且发现电解液与电极材料反应会加剧材料失氧并导致更严重的电压衰减(图4)。该研究表明抑制富锂材料电压衰减需要提高材料中晶格氧离子在高电压充电时的稳定性,而材料中不同元素对电压衰减存在不同的影响。这些信息为设计具有高容量且结构稳定无电压衰减的富锂层状氧化物锂电池正极材料提供了思路和实验依据。此外,这也是首次利用同步辐射实验技术原位实时研究锂离子电池材料长循环过程中价态演化及性能衰减机制的实验工作。该方法和实验设计对于未来研究电池及电池材料长循环寿命周期中的失效机制具有重要的参考价值。

(责任编辑:秒速赛车)
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