我國儲能網訊:鋰電池作為一種清潔能源存儲器件，隨著其廣泛應用于我們的日常生活之中，它的安全問題也越來越受關注，比如最近接連發(fā)生的手機充電過程中起火或爆炸等。三元層狀材料Li(NixMnyCoz)O2(NMC)(x+y+z=1)具有較高的理論容量，易合成，以及相對較低的價格，是目前應用于鋰電池最為廣泛的正極材料(如大多數手機和TSLA電動汽車所采用的正極材料)，也是北京大學深圳研究生院新材料學院協同深圳公司正在開展的國家電動汽車動力鋰電池重大創(chuàng)新工程的關鍵正極材料。但是其安全性能較差，當過充或受熱時容易引發(fā)結構破壞或相變，從晶格釋放氧氣，和有機電解液接觸后容易起火燃燒，嚴重的會引發(fā)爆炸。這也成為其應用于電動汽車動力鋰電池的一大挑戰(zhàn)。

北京大學深圳研究生院新材料學院潘鋒教授團隊，對鋰電池三元層狀NMC材料開展了系統(tǒng)研究，對鋰的擴散機理及高低溫的性能開展了系統(tǒng)的研究(J.Am.Chem.Soc.,2015,137(26),pp8364)，并發(fā)現NMC622具有最好的高低溫的性能(AdvancedEnergyMaterials2015，DOI:10.1002/aenm.201501309)。最近他們通過第一性原理計算和實驗驗證，發(fā)現三元層狀正極材料的穩(wěn)定性和晶格結構中最不穩(wěn)定的氧有關，而氧的穩(wěn)定性又由其基本的配位單元決定(TM(Ni，Mn，Co)3-O-Li3-x’：每個氧和過渡金屬層中的三個過渡金屬離子配位，同時和鋰層中的0到3個鋰離子配位)。通過此模型，他們系統(tǒng)地揭示了層狀材料中鋰的含量、過渡金屬元素的含量及價態(tài)、Ni/Li反位缺陷等因素對氧穩(wěn)定性的調控。這將為今后三元層狀材料鋰電池穩(wěn)定性的優(yōu)化供應重要線索和理論指導。上述研究成果以全文形式發(fā)表于國際著名期刊《美國化學會志》(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,13326?13334)上。

理論計算和實驗測量得到三元層狀材料充電(脫鋰)過程中起始脫氧溫度的變化

新材料學院特聘研究員鄭家新、2014級博士研究生劉同超、碩士研究生胡宗祥為以上工作的共同第一作者，潘鋒教授為通訊作者。合作單位包括美國阿貢國家實驗室，西北太平洋國家實驗室，深圳天驕、沃特瑪等鋰電池公司。以上工作得到了國家材料基因組重大專項、廣東省創(chuàng)新團隊、深圳市科技創(chuàng)新委基金的資助。

原標題:北大深圳研究生院新材料學院在鋰電池正極材料穩(wěn)定性研究領域取得重要進展

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