提高鈷鋰離子電池使用壽命的有效途徑

鋰離子電池有望帶來(lái)一場(chǎng)革命，但電動(dòng)汽車要高功率密度，價(jià)格合理，而且重量和體積都在新增。在當(dāng)時(shí)最先進(jìn)的鋰離子電池中，石墨陽(yáng)極與包含過(guò)渡金屬氧化物數(shù)據(jù)的陰極配對(duì)，使鋰離子在電池充放電過(guò)程中可逆地脫插。但其中一種常用的過(guò)渡金屬是鈷(Co)，它很有價(jià)值。降低鈷含量和添加鎳(ni)有一個(gè)不幸的副用途，就是允許氧氣在低電位時(shí)分離出來(lái)，這可能會(huì)對(duì)電池壽命出現(xiàn)負(fù)面影響。

現(xiàn)在，德國(guó)科技大學(xué)的研究人員利用光子發(fā)射光譜得出結(jié)論，單態(tài)態(tài)氧是出現(xiàn)化學(xué)級(jí)聯(lián)和不可逆電解液氧化的活性物質(zhì)之一。

安娜ts弗雷伯格解釋說(shuō):單態(tài)氧通過(guò)雙分子輻射衰變，假如濃度足夠高，它就會(huì)發(fā)射光子。我們使用光電倍增管對(duì)釋放氧氣的不同活性物質(zhì)進(jìn)行充電時(shí)測(cè)量了這種光子發(fā)射。

當(dāng)單線態(tài)氧被釋放時(shí)，它與電解質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，消耗電解質(zhì)液體，從而使電池變鈍。除了活性數(shù)據(jù)表面的耗氧層的阻力外，氣體成分還會(huì)導(dǎo)致更高的內(nèi)部壓力和電池電阻的新增。最后，電池分化的產(chǎn)物對(duì)活性物質(zhì)出現(xiàn)化學(xué)腐蝕，導(dǎo)致過(guò)渡金屬在陽(yáng)極中溶解，活性鋰在陰極中損失。

Freiberg指出:十多年來(lái)，人們已經(jīng)了解了從具有高電位/電荷態(tài)的層狀過(guò)渡金屬氧化物中析出氧。然而，氧沉淀后電解質(zhì)分化的觀察是近兩年的新成果。

Freiberg和她的同事的最新觀測(cè)是過(guò)渡金屬陰極充電過(guò)程中單線態(tài)氧沉淀的第一個(gè)有力證據(jù)，并解釋了伴隨的電解質(zhì)分化。

Freiberg說(shuō):有了層狀過(guò)渡金屬氧化物充電過(guò)程中單態(tài)態(tài)氧演化的明確證據(jù)，我們正在對(duì)這些數(shù)據(jù)中老化的潛在機(jī)制進(jìn)行更深入的了解。

結(jié)果顯示了電荷的狀態(tài)，而不是釋放氧氣的觸發(fā)電位。穩(wěn)定晶格結(jié)構(gòu)和檢測(cè)電解質(zhì)對(duì)單態(tài)氧的敏感性是提高鋰離子電池壽命的有效途徑。有了這個(gè)新的認(rèn)識(shí)，富鎳層過(guò)渡金屬氧化物陽(yáng)極數(shù)據(jù)可以被探索和優(yōu)化，用于電池應(yīng)用，而不是今天的高鈷選擇，這是太有價(jià)值的大規(guī)模商業(yè)化。