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科学研究
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化工学院钟本和教授、郭孝东教授团队在顶级期刊Nano Energy上发表研究论文

时间:2019-07-01  来源:化工学院   发布:金沙澳门官网网址 

近日,化工学院磷基功能材料与新能源化工研究室钟本和教授、郭孝东教授团队再获新进展,相关研究成果“Polyanion and cation co-doping stabilized Ni-rich Ni–Co–Al material as cathode with enhanced electrochemical performance for Li-ion battery”发表于国际顶级期刊Nano Energy (IF=15.548)上。该论文第一编辑为化学工程学院2017级硕士研究生邱浪,通讯编辑是郭孝东教授,化学工程学院为第一单位。磷基功能材料与新能源化工研究室隶属教育部磷资源综合利用与清洁加工工程中心,近年在学校杰出教授钟本和教授带领下,教育部磷资源综合利用与清洁加工工程研究中心团队取得了优异的成绩,并获得了首届“黄大年式教师团队”荣誉。郭孝东教授带领的磷基功能材料与新能源化工研究团队,主要从事锂离子电池,钠离子电池等相关领域研发,依托教育部磷资源研究中心,开展了大量研究工作取得重要进展,此次报道的高镍三元材料是目前最具市场竞争力的动力锂离子电池正极材料。研究室从2010年开始进行三元等层状氧化物正极材料相关研究,获得了大量的成果,在Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Adv.Sci.等期刊上发表SCI论文52篇,相关专利10篇,相关研究工作已进入中试阶段。

锂离子电池具有循环寿命长、能量密度高和绿色环保等优势,是目前为止综合性能最好的化学电源。锂离子电池已经在3C电子领域占据了主导地位,而且在动力电池方面也表现出了强劲的发展势头。其中,高镍三元材料(NCA)由于其容量优势,在动力电池领域,具有较好的应用前景。然而,高镍三元材料(NCA)由于镍含量的升高,在材料的制备过程中面临着Li+/Ni2+混排等问题。此外,在充放电过程中,部分Ni2+容易从过渡金属层八面体位置迁移到碱金属层四面体,最终到碱金属八面体,材料结构由最初的层状相转变到岩盐相。特别地,在循环过程中,材料的结构(H1-M,M-H2,H2-H3)也在不断变化,特别是H2-H3的相转变,材料沿C轴变化剧烈,结构遭受严重破坏,以及与电解液发生反应使得材料结构受损,最终导致电化学性能衰减。

因此,课题组研究人员通过引入聚阴离子和阳离子到材料中,使得材料的锂层间距扩大,同时稳定H1-M相转变,抑制H2-H3相转变,使得材料倍率性,循环稳定性得到极大提升。本工作提出的聚阴离子和阳离子共掺杂策略对高镍层状氧化物正极材料的改性具有引导意义,可以进一步推广到其他正极材料体系研究中,这为未来制备高性能锂离子电池正极材料提供了新的思路。

Fig. 1 (a) XRD图:NCA,NCA-PM1,NCA-PM;插图代表相应的(003)峰。(b-d) XRD精修图:NCA,NCA-PM1,NCA-PM

Fig. 2 (a-c) SEM 图: NCA,NCA-PM1,NCA-PM3。(d) NCA-PM3横截面元素分布图。(e,f) HR-TEM图:NCA,NCA-PM3,插图为更低倍HR-TEM图。

Fig. 3(a) NCA:高倍HAADF-STEM图,插图为相应低倍HAADF-STEM图。(b) (a)图相应区域傅里叶变换图。(c) (a)图相应区域的高倍HAADF-STEM图。d) NCA-PM3:高倍HAADF-STEM图,插图为相应低倍HAADF-STEM图。(e) (d)图相应区域傅里叶变换图。(f) (d)图相应区域的高倍HAADF-STEM图。

Fig. 4 (a)0.1 C倍率下首圈充放电曲线:NCA,NCA-PM1,NCA-PM3。(b)倍率图:NCA,NCA-PM1,NCA-PM3。(c)1C循环图。(d)5C循环图。(e)55 °C,1C高温循环图。(f)4.5V,1C循环图。

Fig. 5 (a,b) dQ/dV曲线:NCA,NCA-PM3。(c)不同充电状态XRD图:NCA,NCA-PM3。(d)不同充电状态下晶格参数:NCA,NCA-PM3。

Lang Qiu, Wei Xiang, Wen Tian, Chun-Liu Xu, Yong-Chun Li, Zhen-GuoWu,Ting-Ru Chen, Kun Jia, Dong Wang, Feng-Rong He and Xiao-Dong Guo*.Polyanion and cation co-doping stabilized Ni-rich Ni–Co–Al material as cathode with enhancedelectrochemical performance for Li-ion battery,doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.06.014.

原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S221128551930518X

编辑概况:

郭孝东:化学工程学院教授,澳大利亚伍伦贡大学访问教授,博士生导师,化学工程学院院长助理,化学工程与工艺专业实践训练教研室主任,学校百人计划获得者、学校优秀青年基金获得者,学校化工之星科技青年人才。主持国家自然青年项目,面上项目,四川省科技支撑计划,企业横向项目等十余项,参与国家863项目,国家重点研发计划等多项。以第一编辑/通讯编辑在Adv. Mater.、Adv. Energy. Mater.、Adv.Sci.等期刊上发表SCI论文近百篇。

邱浪:化学工程学院2017级硕士,主要研究方向包括高镍三元正极材料结构调控及改性。

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