5V锂离子电池正极材料应用新希望—人造SEI膜

锂离子电池是目前大规模商业的能量密度最高的二次电池体系,但仍然无法满足下一代消费电子设备特别是电动汽车等对电池能量密度的要求。发展高能量密度的电池体系早已是大势所趋。

电池的能量密度与放电电压成正比,因此,提高正极材料的放电电压有助于提高电池的能量密度。尖晶石结构的LiNi0.5Mn1.5O4因具有高达4.75 V的电压,被认为是一种非常有潜力的低成本和高性能的正极材料,然而现有的商业化锂离子电池所用电解液在此高电位下并不稳定。同时,LiNi0.5Mn1.5O4在充电过程中容易发生歧化反应产生二价锰离子而溶于电解液中,最终导致正极材料发生不可逆的结构变化。如何克服电解液在此电压下的分解及提高正极材料的结构稳定性是尖晶石结构LiNi0.5Mn1.5O4性能提升的瓶颈。

为了解决高电位正极材料与传统电解液界面在充放电过程中不稳定的问题,<a title="An Artificial Solid dgfev online casino Electrolyte Interphase casino online Enables the Use casino online of a LiNi0.5Mn1.5O4 5 V Cathode with Conventional Electrolytes” href=”http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm201300378/abstract” target=”_blank”>美国橡树岭国家实验室的Juchuan Li 等人使用磁控溅射的方法在高电位LiNi0.5Mn1.5O4正极的表面均匀溅射上一层锂离子导体Li3PO4(Lipon)作为人造SEI膜,研究结果表明,这种人造SEI膜能够有效的提高电解液的稳定性,库仑效率从包覆之前的90%提高到了包覆之后的98%。然而Li3PO4膜层的增加会提高电阻,使电池比容量相对减少。作者通过优化实验,发现最佳的人造SEI厚度是在1—50 nm之间,在这一区间内电池既具有很高的库仑效率,也具有很好的比容量和循环性能。

张 新波 About 张 新波

研究员,博士生导师,中科院“百人计划”入选者;任职于中国科学院长春应用化学研究所稀土资源利用国家重点实验室;所在课题组主要从事清洁能源材料和高能化学电源等高效储能基础和应用研究。

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