中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：2021年由湖南省工業(yè)和信息化廳、湖南省商務(wù)廳、長(zhǎng)沙市人民政府、中國(guó)化學(xué)與物理電源行業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合主辦，100余家機(jī)構(gòu)共同支持的湖南（長(zhǎng)沙）電池博覽會(huì)暨首屆中國(guó)國(guó)際新型儲(chǔ)能技術(shù)及工程應(yīng)用大會(huì)在長(zhǎng)沙圣爵菲斯大酒店召開。此次大會(huì)主題是“新儲(chǔ)能、新動(dòng)力、新發(fā)展”。
會(huì)后，為了能讓參會(huì)代表有更深入的行業(yè)交流，小編經(jīng)過(guò)演講專家本人同意和審核，將演講專家的速記整理如下：
陳軍:尊敬的各位老師，大家下午好，我來(lái)自中南大學(xué),研究方向是富鋰錳基正極材料。
今天的匯報(bào)題目是鋰電池正極材料設(shè)計(jì)與高值化利用，主要包括以下三個(gè)方面，首先是研究背景，鋰離子電池經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，表現(xiàn)出的主要優(yōu)勢(shì)是能量密度高、使用壽命長(zhǎng)和無(wú)記憶效應(yīng)等，以上優(yōu)勢(shì)使得其廣泛應(yīng)用在諸多領(lǐng)域，諸如3C電子產(chǎn)品和電動(dòng)汽車等。其廣泛應(yīng)用也對(duì)電池性能提出了更高的要求，正極材料是鋰離子電池的鋰源，開發(fā)更高能量密度的正極材料是鋰離子電池的發(fā)展方向之一。目前的高能量密度正極材料主要有高鎳和富鋰錳。富鋰錳基正極材料由于其獨(dú)特的晶體與能帶結(jié)構(gòu)，使得其具有高于250 mAh/g的比容量。但是，富鋰錳基正極材料在循環(huán)過(guò)程中主要面臨容量衰減與電壓降等問(wèn)題，這也是其產(chǎn)業(yè)化面臨的主要難題之一。其循環(huán)過(guò)程中的容量衰減與電壓降主要與晶格氧氧化還原有關(guān)，我主要聚焦于晶格氧局域結(jié)構(gòu)調(diào)控與電極/電解液界面特性研究。下面給大家匯報(bào)2個(gè)自己在富鋰錳基正極材料方面的工作。
第一個(gè)工作是采用同步鋰化策略制備了聯(lián)動(dòng)改性的富鋰錳基正極材料，首先我們是以相圖為指導(dǎo)，在同步鋰化過(guò)程中引入Ce源，實(shí)現(xiàn)了體相摻雜、亞表層結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)與表面功能化包覆。在我們的研究中，Ce摻雜可以誘發(fā)偽鍵合效應(yīng)，進(jìn)而穩(wěn)定晶格氧演變；內(nèi)建電場(chǎng)的形成可以抑制氧陰離子外遷，緩減晶格氧流失；富氧空位的表面功能化包覆可以促進(jìn)離子在界面位點(diǎn)的鍵合，加速鋰離子的擴(kuò)散，同時(shí)，表面包覆層可以緩解電極/電解液界面副反應(yīng)，抑制過(guò)渡金屬溶出，提高富鋰錳基正極材料的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。經(jīng)同步鋰化處理后的樣品在2-4.8 V電壓范圍內(nèi)，2 C循環(huán)300次后，比容量為181.8 mAh/g，容量保持率為96.1%。
第二個(gè)工作是采用氧空位誘導(dǎo)Se陰離子摻雜，在該研究中Se陰離子摻雜可以誘發(fā)Mn-Se鍵的形成，Mn-Se鍵的形成可以有效降低Mn 3d(t2g)軌道的能量，進(jìn)而誘發(fā)Mn-O鍵能量降低，Mn-O鍵能量的降低可以促進(jìn)O 2p能量的下降，進(jìn)而增強(qiáng)Mn-O鍵之間的雜化，提高氧空位的形成能，抑制晶格氧流失；此外Se具有抗氧化作用，可以抑制SN2反應(yīng)，緩解電解液分解，抑制過(guò)渡金屬溶出，提高電極/電解液界面穩(wěn)定性。Se摻雜的富鋰錳基正極材料在2-4.8 V電壓范圍內(nèi)，1 C循環(huán)400次后，容量保持率為88.1%。
為了加速實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，我們課題組也在鋰離子電池回收領(lǐng)域開展了一些工作，我們課題組采用一種雙功能藥劑可同時(shí)實(shí)現(xiàn)金屬的溶出與沉淀，獲得的再生類鈷酸鋰單晶正極結(jié)晶性良好，電化學(xué)性能優(yōu)良，表明該工藝具有一定的應(yīng)用前景。
