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欧洲杯上海科大刘巍课题组在富锂高压正极材料



  正极材料对锂离子电池的性能起着非常重要的作用。其中,富锂层状正极材料具有250mAh/g以上的比容量和较高的充放电平台,有望提高锂离子电池的能量密度,满足电动汽车和智能电网的需求。

  然而,当富锂层状正极材料充电电压达到4.5 V以上时,晶格氧发生不可逆的释放,同时过渡金属占据原来锂脱出留下的锂位点,导致充电过程中脱出的锂在放电过程中不能完全回嵌,因此富锂层状正极材料存在较大的不可逆容量损失。同时,由于过渡金属的迁移和晶格氧的释放导致材料发生相变,由原来的层状结构转变成了尖晶石相,材料的循环性能和倍率性能也发生衰减。

  针对上述问题,近期上海科技大学物质学院刘巍课题组开发出铁(Fe)和氯(Cl)共掺杂的富锂层状正极材料,相对于未掺杂和单元素掺杂具有更高的比容量和结构稳定性。Fe和Cl的掺杂扩大了锂层间距,促进了锂离子的扩散,因此提高了材料的倍率性能。另外,Fe和Cl的掺杂增强了阴阳离子之间的结合能,减少了不可逆的氧释放,因此有利于提高材料的首次库伦效率,减缓电压衰减,增强材料的循环稳定性。同时,由于Fe这种金属元素来源丰富,可以兼顾价格低廉和绿色环保,具有较大的应用前景。

  该成果以 “Cation/anion codoped and cobalt-free Li-rich layered cathode for high-performance Li-ion batteries”为题发表于国际知名学术期刊Nano Letters。上海科技大学物质学院刘巍课题组2019级博士研究生聂璐为该论文的第一作者,刘巍教授为通讯作者,上科大为唯一完成单位。该项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金和上科大物质学院电镜中心的大力支持。