“捕捉氧气”可能是延长下一代锂离子电池寿命的关键

浦项工科大学Jihyun Hong教授组通过抑制氧的释放，开发出了寿命更长的锰基阴极。

　　

浦项工科大学亚铁与生态材料技术研究生院电池工程系的Jihyun Hong教授和Gukhyun Lim博士领导的一个研究小组，开发了一种开创性的策略，以提高富锂层状氧化物（LLO）材料的耐用性，这是锂离子电池（LIBs）的下一代正极材料。这一突破显著延长了电池寿命，发表在著名的能源杂志《Energy & Environmental Science》上。

锂离子电池在电动汽车和储能系统（ESS）等应用中不可或缺。富锂层状氧化物（LLO）材料通过减少镍和钴含量，同时增加锂和锰成分，比传统的镍基阴极提供高达20%的能量密度。作为一种更经济和可持续的替代品，LLO已经引起了极大的关注。然而，充放电循环过程中的容量衰减和电压衰减等挑战阻碍了其商业可行性。

虽然之前的研究已经确定了阴极在循环过程中的结构变化是导致这些问题的原因，但不稳定背后的确切原因在很大程度上仍然不清楚。此外，旨在提高LLO结构稳定性的现有战略未能解决根本原因，阻碍了商业化。

POSTECH团队专注于在充放电过程中氧气释放在破坏LLO结构稳定中的关键作用。他们假设，提高阴极和电解质之间界面的化学稳定性可以阻止氧气的释放。基于这个想法，他们通过改善电解质成分来加强阴极-电解质界面，从而显著减少了氧气排放。

研究小组的强化电解质即使在700次充放电循环后也能保持令人印象深刻的84.3%的能量保留率，这比传统电解质在300次充放电循环后只能达到平均37.1%的能量保留率有了显着提高。

研究还发现，LLO材料表面的结构变化对材料的整体稳定性有显著影响。通过解决这些变化，该团队能够显着提高阴极的使用寿命和性能，同时最大限度地减少电池内部电解质分解等不必要的反应。

Jihyun Hong教授表示：“利用同步辐射，我们能够分析阴极颗粒表面和内部的化学和结构差异。这表明阴极表面的稳定性对材料的整体结构完整性及其性能至关重要。我们相信这项研究将为开发下一代阴极材料提供新的方向。”

这项研究得到了贸易、工业和能源部通过韩国技术进步研究院的支持，科学和信息通信技术部通过韩国国家研究基金会的支持，资助期限为2024年。

Decoupling capacity fade and voltage decay of Li-rich Mn-rich cathodes by tailoring surface reconstruction pathways