锂离子电池层状氧化物阴极材料结构变化的复杂性探讨

　　锂离子电池应用图

　　可充电锂离子电池（LIB）是能量密度高、循环寿命长的电动车辆最有前途的储能系统。但是，为了满足用户对快速充电的需求，目前LIB的功耗表现需要改进。从阴极方面看，层状结构的阴极材料在当今市场上被广泛使用，并将在不久的将来继续发挥重要作用。层状正极材料在充放电过程中的高倍率性能对于整个电池的功率性能至关重要，其中热稳定性与安全性问题密切相关。因此，深入了解高倍率充放电过程中层状正极材料的结构变化以及加热时的热稳定性，对于开发新材料和改进现有材料至关重要。由于结构变化是从原子级到整个电极级发生的，涵盖多级尺度的表征技术的组合非常重要。在许多情况下，这意味着使用包括衍射、光谱学和成像在内的全面工具来区分表面与大块，并获得具有不同空间分辨率级别的结构/化学信息。近日，布鲁克黑文国家实验室的Xiao-Qing Yang和中科院物理研究所的禹习谦研究员（共同通讯）等人介绍了近年来研究层状结构阴极材料的动力学和热性能，特别是高速循环过程中的结构变化和加热过程中的热稳定性。比较了高速循环阴极材料和低循环阴极材料的不同结构演化行为，并讨论了个别过渡金属的不同反应和化学分布的不均匀性。对于热稳定性，文章着重指出结构变化与氧释放之间的关系。在所有这些正在进行的研究中，先进的表征技术被批判应用于揭示具有多层结构的层状结构阴极材料的复杂性。