《Nature》发表!成果或将大幅提升锂电池循环寿命和快充性能

发布时间:2024-05-17 信息来源:

  近日,中核集团重大科研设施中国先进研究堆全面开放应用取得重要进展!荷兰代尔夫特理工大学的Marnix Wagemaker教授团队与中核集团原子能院核物理研究所中子散射团队合作,在国际顶级期刊《Nature》(《自然》)上发表了锂离子电池领域的最新研究成果,题目为“Chemical short-range disorder in lithium oxide cathodes”(“锂离子氧化物正极中的化学短程无序”)。这是两个团队在《Nature Sustainability》(《自然可持续性》)和《Nature Communication》(《自然通讯》)期刊合作发表论文后的又一创新成果,或将大幅提升锂电池循环寿命和快充性能。

  此次研究围绕有序层状氧化物开展,这是目前锂离子电池中最重要的正极材料之一。在进行深度充电时,该结构框架容易受到晶格应力、结构或机械化学降解的影响,导致电池容量急剧下降,从而导致电池寿命缩短。Wagemaker教授团队联合原子能院、中国科学院物理所、清华深研院等单位,提出了一种解决方法,成功将化学短程无序(Chemical short-range disorder,CSRD)引入到氧化物正极中,精确调节了锂和钴元素在晶格中的局域分布,使其跨越几个最近邻格点的间距,从而显著提升了锂电池的循环寿命和快充性能。研究利用中子粉末衍射技术获得锂和钴元素的分布特征,发现大约2.6%的钴离子位于锂层中,为证明CSRD结构提供了关键证据。

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  a.正极材料LiCoO2的中子衍射谱

  b.LiCoO2的晶体结构及结构中锂和钴元素的分布特征

  中国先进研究堆共拥有25根垂直孔道,9根水平孔道,建成15台中子散射谱仪,性能指标达到整体国际先进、部分领先水平,可开展中子散射、中子成像、中子活化分析、燃料材料考验、放射性核素生产等工作。2023年以来,中国先进研究堆中子科学平台积极面向国内外研究机构用户开放,支撑了荷兰代尔夫特理工大学、北京大学、清华大学、中国科学院等国内外用户单位百余家实验课题研究,在国际科技前沿和国家重大需求方面,取得了一系列重要科技成果。(原子能院)