LMR层状阴极容易“电压衰减”

电动悟空摘录 目前，锂离子电池广泛应用于电动汽车等设备。据外国媒体报道，香港城市大学（City University of Hong Kong）、西北大学（Northwestern University）由美国其他机构的研究人员组成的团队开发了新的阴极，可以解决现有阴极的固有问题，从而增加锂电池的容量。

Qi是研究人员之一 Liu说：“本研究的重点是一种特定类型的富锂和富锰（LMR）层状阴极材料。与目前的商业阴极相比，这种材料有潜力储存更多的能量。”

众所周知，LMR层状阴极容易“电压衰减”（voltage decay）现象的影响导致电池快速退化和电压损失。这极大地限制了锂电池的性能。过去，研究人员试图通过涂上阴极材料或添加新元素来稳定结构，但问题并没有得到解决。近年来，一种具有独特O2堆叠结构的LMR材料备受关注。与传统的O3型LMR相比，这些材料的电压损失较低。此外，由于独特的O2堆叠，研究人员还可以微调固有不稳定蜂窝晶格的局部结构。

Liu教授和其他人试图构建一种基于O2的新型LMR阴极，以稳定LMR材料独特的蜂窝状结构。Liu说：“研究人员将过渡金属（TM）将离子引入蜂窝结构上下锂层。目的是大大提高蜂窝结构的稳定性，有效缓解循环过程中的电压衰减，促进LMR正极材料在高能密度锂离子电池中的实际应用。”

为了制造TM刺穿蜂窝（TM-pinned honeycomb）对于LMR材料，研究人员使用离子交换技术(即有效去除或溶解离子的系统)，将P2型Na 0.6 Li 0.2（Mn 0.6 – x Ni x ）O2材料转化为所需的O2LMR阴极。Liu教授说：“这种材料的独特之处在于，它使TM离子位于蜂窝状结构的顶部或底部，以稳定易碎框架作为盖子。Liu教授说:“这种材料的独特之处在于，TM离子位于蜂窝状结构的上下两侧，以稳定易碎框架作为盖子。与传统阴极相比，这种LMR阴极的优点是在使用电池时可以大大降低电压衰减。”

初步评估表明，这种富锂阴极性能良好，能延长锂离子电池的使用寿命，提高其性能。这意味着电动汽车可以储存更多的能量，从而延长单次充电范围。Liu教授说：“LMR阴极材料的实际应用长期以来一直存在争议。本研究成功解决了LMR中长期电压衰减问题。结果表明，在阴极材料中添加额外的TM可以稳定蜂窝结构，使每个循环周期的电压衰减仅达到0.02 mV，可以忽略不计。”

这一发现将有助于改进LMR阴极或启发其他类似的设计。Liu教授说：“目前的工作成功地解决了LMR电压衰减的问题。未来的目标是解决LMR电压滞后的另一个关键问题。电压滞后是指电池充放电循环过程中电压曲线的差异。过去，人们普遍认为电压滞后是由蜂窝上部结构的不稳定性引起的。然而，即使在这项研究中提出了‘帽’结构，电压滞后也没有得到缓解。”

接下来，研究人员计划探索LMR阴极电压滞后机制，以改进阴极设计。“下一个目标是解决电压滞后问题，并进一步提高阴极材料的能量密度，”Liu教授说。研究人员还将寻找扩大大规模电池生产材料制造工艺的解决方案。”