首尔科技大学通过表面技术提升锂离子电池性能

随着全球对经济高效且可持续电池的需求不断增长，锂离子电池作为储能解决方案处于领先地位。然而，要延长电动设备的使用时间，就必须在此类电池中实现高能量密度和长期稳定性。LiNi₀.₅Mn₁.₅O₄（LNMO）以其热稳定性和成本效益著称，是一种很有前景的高压阴极材料。然而，其应用受到一些不良副反应的限制，例如电解质分解，导致其性能会随时间下降。

图片来源：《Chemical Engineering》

据外媒报道，在一项开创性研究中，首尔科技大学（Seoul National University of Science and Technology）Dongwook Han教授及其研究团队引入了一种双重工程方法来提高LNMO阴极的性能。该研究团队设计了锂空位的亚表面路径来改善锂离子迁移，并设计了富含K₂CO₃的保护层，以保护阴极免受电解质分解的影响。相关研究成果于2024年11月1日发表在期刊《Chemical Engineering》上。

该研究的第一作者Han教授表示：“为了提高LNMO阴极的性能，我们通过KOH辅助湿化学法，在LNMO颗粒的外表面引入了富含K₂CO₃的层，并对其亚表面进行了部分去锂化处理。这些层的协同效应使得LNMO负极表现出卓越的电化学充放电循环性能和更高的热稳定性。”

该表面工程化阴极材料通过两步法制备。首先，使用共沉淀辅助水热法，进行固态反应合成常规的LNMO（R-LNMO）阴极。然后，采用KOH水溶液对制备好的R-LNMO阴极颗粒进行表面改性处理，形成了表面改性的LNMO，即LNMO_KOH。

该研究团队使用先进技术测试了LNMO_KOH和R-LNMO阴极颗粒的物理化学和电化学特性。测试结果十分显著，LNMO_KOH颗粒的热稳定性和储能表现更好。

LNMO_KOH阴极材料的放电容量为110mAh/g，100次循环后容量保持率为97%，与未经处理的LNMO阴极的89mAh/g放电容量和91%的容量保持率相比，有显著提高。此外，经过工程化处理的材料还显示出更快充电的潜力，其结构中的杂质减少，孔隙度增加。

Han教授在谈及其研究的广泛应用时表示：“我们的技术不仅限于LNMO，还可以应用于商用阴极材料，包括高性能锂镍锰钴氧化物（Li[Ni₁-ᵧ-ᶻCoᵧMnᶻ]O₂，即镍锰钴（NMC）和磷酸铁锂（LiFePO₄，即LFP）。我们相信，凭借该技术的高能量密度和卓越的安全性，这将推动电池在电动汽车和能源存储系统中的大规模应用。”