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標題: 韓國科學家發現延長鋰電池壽命的關鍵 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2025-1-9 07:49 AM 標題: 韓國科學家發現延長鋰電池壽命的關鍵

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　　目前使用的富鋰/富錳層狀氧化物(LMR-NMC)的鋰電池﹐其能量密度比傳統使用鎳﹑鈷﹑錳的鋰電池要高出20%左右﹐可以說是一種更經濟﹑更永續的替代方案﹐因此被視為下一代鋰電池(LIB)正極材料。但這種材料使用時間一長﹐容易釋放氧氣降低電池的容量和電壓﹐也會對電池整體產生不可逆的結果。
　　韓國浦項科技大學(POSTECH)電池工程系研究小組發現LMR-NMC中顆粒表面的相變途徑與氧穩定性之間的強相關性。他們透過改變鋰電池中的富鋰層狀氧化物耐久性(LLO)﹐可有效延長鋰電池的壽命。為了評估鋰電池中的電解質與陰極相互作用後對電化學的影響﹐研究人員先是將富鋰/富錳層狀氧化物(LMR-NMC)半電池與碳酸亞乙酯/碳酸二甲酯(EC/DMC)組成傳統的LP30電解質﹑DMC和LiPF6組成新型的2LPDMC電解質﹐然後進行長期充放電測試。結果顯示﹐P30電解質與2LPDMC電解質在LMR-NMC半電池中﹐起到的作用大不相同。P30電解質容易使LMR-NMC半電池在經歷100到300次充放電後﹐只剩下原本70%的容量﹐而2LPDMC電解質可以在700次左右充放電後依然維持96.5%的容量。研究人員還發現﹐P30電解質經過長期循環充放電後顯著降低了放電電壓﹐而充電電壓則幾乎沒有變化。不過﹐2LPDMC的充電和放電曲線則都朝著較低電位發展。
　　另外﹐LP30和LMR-NMC在進行100次循環後錳離子幾乎沒有活化﹐但降低了鋰空位濃度﹐而2LPDMC中陰極表面經歷原子重構﹐可以觀察到錳離子出現明顯的氧化還原現象。這種現象主要原因是P30電解質與LMR-NMC充放電過程中會嚴重抑制電池中的陰離子被正常氧化還原﹐從而釋放氧氣破壞LLO整體的結構穩定性﹐但2LPDMC則出現正常的氧化還原現象﹐氧氣較少釋放出來。
　　研究團隊還發現﹐2LPDMC電解質在LMR-NMC半電池經歷了500至700次的循環充放電後仍能維持高達84.3%的能量平均保留率﹐而LP30電解質在LMR-NMC半電池經歷300次循環充放電後平均能量保留率僅為37.1%。這項研究的結果表明﹐電化學LLO材料表面的結構變化﹐對LMR-NMC電池材料的整體穩定性有顯著影響。通過解決這些變化能夠顯著提高電池陰極的使用壽命和性能﹐同時最大限度減少電池內部電解質分解等不必要的反應。
　　研究人員表示﹐未來會透過更多的相關研究﹐研發出一款穩定可行的電池陰極和建立穩定的固體電解質界面﹐最終實現降低可充電池成本和提高可充電池效益的願景。該校的黑色金屬與生態材料技術研究所電池工程系研究人員表示﹐「我們利用同步加速器輻射﹐分析陰極顆粒表面和內部之間的結構差異﹐發現陰極表面的穩定性對於材料的整體結構完整性至關重要。這項發現為我們開發下一代正極材料提供新的方向。」。
　　這項成果於2024年11月底發表在《能源與環境科學》能源雜誌上﹐同時得到了韓國國家研究基金會﹑韓國貿易﹑工業和能源部﹑韓國技術振興院﹐以及韓國科學和資訊通信技術部的支持和幫助。

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