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华中科技大学谢佳、曾子琪团队AEnM:生物抗氧化启示开发安全高镍锂离子电池热失控抑制电解液

MaterialsViews  · 公众号  ·  · 2024-08-28 08:30

主要观点总结

本文介绍了高能量密度锂离子电池中富镍层状正极材料的研究,针对其热稳定性问题导致的热失控现象,提出使用生物启发抗氧化剂β-胡萝卜素(β-Ca)进行缓解。研究证明β-Ca能有效捕获活性氧,削弱氧阴离子参与的电荷补偿行为,从而提高电池的安全性。该工作为提高锂离子电池的安全性提供了可行性方案。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

随着智能电网和电动汽车的快速发展,对高能量密度锂离子电池的需求急剧增加。富镍层状正极材料因其理论比容量高和成本低成为主要候选材料,但热稳定性问题限制了其应用。

关键观点2: 问题阐述

高镍三元正极材料的热失控现象是电池安全性的主要隐患,活性氧引发的串扰反应是导致热失控的直接原因。

关键观点3: 研究解决方案

华中科技大学的谢佳教授和曾子琪博士受生物体中β-胡萝卜素的启发,发现β-Ca可以缓解三元基锂离子电池的串扰反应,从而抑制热失控。β-Ca通过原位氧共聚反应捕获活性氧,削弱串扰反应,调整脱锂态正极的O 2p轨道的D带中心,减轻氧阴离子参与的电荷补偿行为。

关键观点4: 实验结果

实验证明,β-Ca能有效提高NCM811基锂离子电池的热失控触发温度,降低最高温度。添加到常规碳酸酯电解液中的β-Ca不会影响电解液本身的抗氧化性和电导率,且能有效抑制放热量。

关键观点5: 研究意义

本研究为提高锂离子电池的安全性提供了可行性方案,为动力锂离子电池的研发及产业化工作提供了有益参考。通讯作者谢佳教授和曾子琪博士介绍了课题组的情况和论文信息。


文章预览

随着智能电网和电动汽车的快速发展,对具有更高能量密度的锂离子电池( LIB )需求急剧增加。富镍层状正极 LiNi x Co z Mn y O 2 ( NCM )因其理论比容量高和成本低成为高能量密度锂离子电池的主要候选材料。然而,高镍三元正极由于其差的热稳定性而引发的热失控限制了高镍材料的进一步应用。三元基锂离子电池一旦触发热失控,电池内部一系列副反应将会被瞬间激活,导致温度急剧上升。据研究表明,在不存在内短路的情况下,活性氧( O* )引发的串扰反应是导致三元锂离子电池热失控的直接原因。此外,随着镍含量的增加热失控触发温度将会越低。这是由于随着镍含量的增加, Ni-O 键的杂化程度越高,而在高温条件下将会进一步促进氧阴离子参与 Ni-O 键内的电荷补偿,从而推动释放  O*  的释放。因而,缓解三元锂离子电池的热失控可以从 ………………………………

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