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Advanced Science综述：快速充电下锂离子电池的结构演化和跃迁动力学——原位中子衍射研究

Bunnny
2021-09-08


电动汽车（EV）锂离子电池（LIB）的快速充电（<15分钟）被广泛认为是极大刺激电动汽车市场的关键因素，其实现主要受到Li+扩散缓慢的阻碍。近日，橡树岭国家实验室Zhijia Du和Jue Liu研究员等人报道了在高镍NMC622材料中Li+的扩散机理。

文章要点

1）富镍 LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2 (NMC622) 电极的结构演变开发了具有高面积负载（2.78 mAh cm-2）的石墨圆柱电池，用于不同充电速率下的操作中子粉末衍射研究。通过连续的Rietveld改进，NMC622和LixC6的结构在中速和快速充电（从 0.27 C 到 4.4 C）期间发生变化。无论倍率如何，NMC622都表现出相同的结构演变。

2）对于LixC6的相变，当充电速率增加时，阶段 I（LiC6）阶段在较低电荷状态下的逐步嵌入期间出现较早。还发现阶段II（LiC12）→阶段I（LiC6）转变是快速充电期间的限速步骤。使用 Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov 模型进一步分析了 LiC12 → LiC6 转变机制，此过程为扩散控制的一维相变，在增加充电速率下成核动力学降低。

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参考文献：

Xianyang Wu, et al. Structural Evolution and Transition Dynamics in Lithium Ion Battery under Fast Charging: An Operando Neutron Diffraction Investigation. Adv. Sci. 2021, 2102318.

DOI：10.1002/advs.202102318

https://doi.org/10.1002/advs.202102318




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