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Adv. Sci.：热膨胀和氧空位对富镍层状正极材料热稳定性的影响

兔兔
2020-04-25


过去十年里，便携式电子产品和电动汽车对高能锂离子电池的需求不断增长，引发了对人们高能量电极材料的深入研究。提高锂离子电池能量和功率密度的有效策略是增加正极材料中的镍含量。然而，正极材料中镍含量的增加会带来安全问题。有鉴于此，成均馆大学Won‐Sub Yoon等人通过对Li0.33Ni0.5+xCo0.2Mn0.3-xO2进行了系统的同步加速器X射线研究，提出了热膨胀和氧空位是影响带电富镍正极材料热稳定性的新关键因素。

 

本文要点：

1）研究人员采用同步加速器表征技术，包括原位XRD、高分辨粉末衍射(HRPD)和XAS，并结合DSC对一系列Li0.33Ni0.5-xCo0.2Mn0.3‐xO2(x=0、0.1、0.2)正极材料的热降解机理进行了系统研究。研究人员首次观察到，随着镍含量的增加，带电正极材料的热膨胀更加剧烈。

2）在达到从六方层状向立方尖晶石相转变的开始温度之前，已经形成并积累了氧空位。详细的结构研究表明，这些特定的热行为使阳离子迁移在能量上有利，并最终促进了相变过程。在加热过程中，Ni周围的热膨胀和氧空位的形成导致了相变的开始。氧空位还促进了过渡金属向Li层的迁移。

这项研究将热膨胀和氧空位的形成与富镍正极材料的热不稳定性联系起来，并解释了带电Li0.33Ni0.5-xCo0.2Mn0.3‐xO2(x=0、0.1、0.2)正极材料中详细的热分解反应。这些结果为开发具有更高安全性能的新型正极材料提供了有价值的指导。

 

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Eunkang Lee, et al. Tracking the Influence of Thermal Expansion and Oxygen Vacancies on the Thermal Stability of Ni-Rich Layered Cathode Materials. Adv. Sci. 2020, 1902413.

DOI: 10.1002/advs.201902413.

https://doi.org/10.1002/advs.201902413




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