微米和纳米科技材料

电动车里程太短?碳包覆优化电极性能有望解决这一瓶颈

电动车里程太短?碳包覆优化电极性能有望解决这一瓶颈

图说:镶嵌有镍钴合金纳米点的碳包覆的富锂层状氧化物材料的结构示意图;包覆前后材料在0.4 C电流密度下的循环性能对比;包覆前后材料在0.4 C电流密度下循环50圈后的选区电子衍射图。CREDIT: ©《中国科学》杂志社

便携式电子设备和电动汽车的快速发展,对锂离子电池提出了高能量密度、高功率密度、低成本和长使用寿命的要求。但目前,相比于石墨负极(理论容量为372mAhg–1),正极材料较低的比容量如钴酸锂(150mAhg–1),成为限制电池发展的瓶颈。

在众多的正极材料中,富锂层状氧化物材料由于其具有极高的比容量(>250mAhg–1)和工作电压(> 3.5 Vvs. Li+/Li)受到了广泛关注。但其在充放电过程中,由层状向尖晶石相的不可逆相变引起的较差循环和倍率性能,限制了其应用发展。

为了优化电极材料的电化学性能,武汉理工大学麦立强教授课题组提出了一种普适的碳包覆技术。在此方法的基础上,他们又巧妙地在富锂材料表面构筑了一层独特的镍钴纳米点镶嵌的碳包覆层。修饰后的电极材料表现出优异的循环和倍率性能——在0.4 C的电流密度下循环100圈容量保持率可达95%、在2C的电流密度下循环300圈容量保持率可达90%、在5C的电流密度下可逆比容量仍达159 mAhg–1。

相关分析表明:特殊的镍钴合金纳米点镶嵌的碳包覆层,提高了富锂材料的电子电导率(提高5倍),降低了离子扩散阻抗,并提供了稳定的保护结构,抑制了循环过程中材料表面由层状向尖晶石相的不可逆相变,避免了电极材料与电解液接触时表面副反应的发生。

该研究近日发表于“Nano letters”。

科猫原创 编辑:程建兰

来源:httpss://www.eurekalert.org

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