氟化物包覆对高电压NCM正极材料循环规律的影响

导读:Chemical Communications : 氟化物包覆对 锂离子电池 高电压 镍钴锰( NCM ) 正极材料 循环规律的影响 动力电池正极材料受限于实际放电容量,无法满足目前电动汽车大规模应用的需求,高电...

  Chemical Communications氟化物包覆对锂离子电池高电压镍钴锰(NCM正极材料循环规律的影响

  动力电池正极材料受限于实际放电容量,无法满足目前电动汽车大规模应用的需求,高电压镍钴锰(NCM)正极材料因其能在深度充放电条件下释放出更多的容量,已经成为有效解决方案之一。然而,正极材料在高电压下容易与电解液发生界面反应,导致表面重构、阳离子无序、发生结构畸变等棘手问题,从而降低正极材料的容量保持率,缩短循环寿命。氧化物、磷酸盐、氟化物等表面包覆已经成为解决这一问题的有效方法,氟化物包覆具有更强的抗氢氟酸腐蚀能力,同时表现出更好的电化学稳定性,已被广泛应用于高电压NCM正极材料。然而,到目前为止,尚未有人系统地研究不同氟化物包覆对高电压NCM正极材料的影响,而这一研究将有助于充分发挥氟化物包覆的优势,增强NCM正极材料在高电压下的稳定性。

  近期,广东工业大学林展教授团队从化合物价态、金属离子半径和氟化物的pH值三个因素入手,系统地研究了10种典型的氟化物对高电压NCM正极材料的影响。通过实验研究发现,不同化合物价态对NCM523电化学性能影响不大,而氟化物的pH影响包覆层形成速率,金属离子半径影响氟化物电荷稳定性,是影响NCM523电化学性能主要因素。在研究的10种典型氟化物中,氟化铝包覆层因为拥有具有合适的pH值和金属离子半径,更有效地抑制了正极材料与电解液的界面反应,表现出最佳的电化学稳定性。即使在4.5V的高电压下,经过200次循环,容量保持率仍高达88%。简而言之,界面稳定性与氟化物有关,控制合适的氟化物pH值和金属离子半径有利于获得更稳定的氟化物包覆层,这一结论对氟化物包覆的研究和应用具有积极的指导意义。相关结果发表在Chemical Communications 上(DOI: 10.1039/D0CC04307A)。

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