Una nueva generación de materiales de ánodo de manganeso y litio ricos en baterías de litio

En la actualidad, los coches eléctricos se enfrentan a la escasez de corto alcance y los problemas de seguridad de restringir su promoción a gran escala. Si el coche eléctrico con una autonomía considerable de combustible (~ 500 kilómetros), cuando el consumidor está conduciendo coches eléctricos no habrá más ansiedad de autonomía, ventajoso para darse cuenta de la promoción a gran escala de los vehículos eléctricos. La densidad de energía de la batería de litio de potencia comercial actual es comúnmente de 150 wh / kg para lograr baterías de iones de litio de doble rango, la densidad de energía debe duplicarse a 300-400 wh / kg. Desde un nivel técnico, la capacidad específica más alta de los materiales del ánodo es La densidad de energía de la batería mejorada es la forma más eficaz de hacerlo directamente.

En el material positivo conocido, la capacidad específica de descarga de material de ánodo de manganeso y litio rico es tan alta como 300 mAh / g, es la capacidad específica de descarga de material ternario de fosfato de hierro de litio y cátodo de material ternario de The Times, y por lo tanto se considera como una nueva generación de Materiales de ánodo de batería de litio de alta densidad de energía ideales. Aunque el material de ánodo de manganeso y litio rico tiene la capacidad específica de descarga de la superioridad absoluta, pero su aplicación práctica en baterías de litio de potencia, debe abordar los siguientes problemas científicos y técnicos clave: uno es reducir la pérdida de capacidad irreversible por primera vez. El segundo es mejorar el rendimiento y el ciclo de vida; 3 es suprimir el ciclo de caída de voltaje.

Instituto de investigación de ingeniería y tecnología de materiales de Ningbo, academia china de ciencias batería de litio de alta potencia Liu Zhao pacífico equipo de laboratorio de ingeniería Xia Yong durante muchos años se ha comprometido con la investigación y el desarrollo de materiales de ánodo de manganeso de litio rico, los métodos de preparación, el mecanismo de optimización de la composición, La carga y descarga y la modificación de la superficie hicieron una serie de trabajos de investigación significativos, ha obtenido importantes logros de investigación (JM ater. Chem. A2011, 21254; Intel. J. lectrochem. Sci. 2011,6,6670; Electrochim. Acta, 2012,66 , 61; Electrochim. Acta, 2012,80,15; J. OwerSources, 2012218128; J. OwerSources, 2013240530; 2014,6,9185 ACSAppl. Mater. Interfaces; J. owerSources, 2014268517; Electrochim. Acta2014, 123: 317 ; J. OwerSources, 2014268683; Chem. Eur. J., 2015,21,7503; JM ater. Chem. A, 2015,22,11930; J. OwerSources, 2015281, 7).

En 2013, el equipo de investigación desarrolló una novedosa modificación de la interfaz gas-sólido (CN201310416745.1, PCT / CN2013 / 088597), que permitió que las partículas ricas en material del ánodo de manganeso y litio formaran una vacante de oxígeno uniforme, mejorando así en gran medida la eficiencia de la primera carga y descarga del material, la capacidad específica de descarga y la estabilidad cíclica. Desde entonces, con el trabajo en equipo de investigación múltiple y la innovación colaborativa en el país y en el extranjero, utilizando varios métodos avanzados de caracterización de análisis y cálculo teórico, estudian el mecanismo de iones de litio para despegar el incrustado en presencia de oxígeno vacante. El laboratorio nacional de brookhaven (BNL), el profesor Zhu desborda la ceja, como el uso de un microscopio electrónico de transmisión avanzada del ejército wuri para la vacante de oxígeno, el profesor de la Universidad de California, San Diego (UCSD), el equipo de Meng Ying utilizó la difracción de neutrones del laboratorio nacional de Oak Ridge. Para demostrar que la existencia de una vacante de oxígeno reticular, se utilizó espectrometría de masas en fase gaseosa electroquímica in situ del Dr. Wang jun de la Universidad de Munster para estudiar el cambio de oxígeno reticular en el proceso de carga y descarga, un alto uso informado de la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Shanghai de La difracción de rayos X (XRD) / espectro de absorción demostró que la vacante de oxígeno no cambia la estructura cristalina del material, el Dr. Minghao Zhang del grupo Meng Ying también descubrió que la vacante de oxígeno mejoraba el material mediante el cálculo de la teoría DFT de la actividad de oxígeno de la red. La investigación se publica en NatureCommunications2016, 08, 7121 fue muy valorada por los árbitros. El trabajo se presentó por primera vez mejorando la actividad del oxígeno de la red para mejorar la eficiencia de carga y descarga del material del ánodo de manganeso de litio rico y la relación de rendimiento por primera vez, proporciona una nueva forma de pensar para la investigación de la modificación del material. Además, el método de modificación de la interfaz gas-sólido es relativamente simple, controlable y de fácil realización de la ingeniería, el material de ánodo rico en litio y manganeso con un buen rendimiento de desarrollo de ingeniería proporciona una nueva forma. En la actualidad, el equipo de investigación está utilizando el método modificado mejorado con su material de ánodo rico en litio y manganeso de prueba piloto.

Que el trabajo de investigación es una estrategia precursora del proyecto de clase A de la academia china de ciencias "tecnología de fabricación de nanoindustria transformadora centrada en el proyecto" especial "batería de litio de larga duración" (XDA09010101), proyecto de cooperación internacional CAS - DOE "Una nueva generación de estructura del material del ánodo de manganeso de litio rico en baterías de iones de litio y mecanismos de almacenamiento de litio "kysb20150047 (174433) y una nueva generación de equipos de innovación de materiales de baterías de iones de litio financiados por b82001 (2012).

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