電動車里程太短？碳包覆優化電極性能有望解決這一瓶頸

圖說：鑲嵌有鎳鈷合金納米點的碳包覆的富鋰層狀氧化物材料的結構示意圖；包覆前後材料在0.4 C電流密度下的迴圈性能對比；包覆前後材料在0.4 C電流密度下迴圈50圈後的選區電子衍射圖。

CREDIT: ©《中國科學》雜誌社

可擕式電子設備和電動汽車的快速發展，對鋰離子電池提出了高能量密度、高功率密度、低成本和長使用壽命的要求。但目前，相比於石墨負極（理論容量為372mAhg–1），正極材料較低的比容量如鈷酸鋰（150mAhg–1），成為限制電池發展的瓶頸。

在眾多的正極材料中，富鋰層狀氧化物材料由於其具有極高的比容量（>250mAhg–1）和工作電壓（> 3.5 Vvs. Li+/Li）受到了廣泛關注。但其在充放電過程中，由層狀向尖晶石相的不可逆相變引起的較差迴圈和倍率性能，限制了其應用發展。

為了優化電極材料的電化學性能，武漢理工大學麥立強教授課題組提出了一種普適的碳包覆技術。在此方法的基礎上，他們又巧妙地在富鋰材料表面構築了一層獨特的鎳鈷納米點鑲嵌的碳包覆層。

修飾後的電極材料表現出優異的迴圈和倍率性能——在0.4 C的電流密度下迴圈100圈容量保持率可達95%、在2C的電流密度下迴圈300圈容量保持率可達90%、在5C的電流密度下可逆比容量仍達159 mAhg–1。

相關分析表明：特殊的鎳鈷合金納米點鑲嵌的碳包覆層，提高了富鋰材料的電子電導率（提高5倍），降低了離子擴散阻抗，並提供了穩定的保護結構，抑制了迴圈過程中材料表面由層狀向尖晶石相的不可逆相變，

避免了電極材料與電解液接觸時表面副反應的發生。

該研究近日發表於“Nano letters”。

編輯：程建蘭