三元材料是目前鋰離子電池廣泛應(yīng)用的正極材料，也是正在開展的國家電動(dòng)汽車動(dòng)力電池重大創(chuàng)新工程的關(guān)鍵正極材料。隨著目前動(dòng)力電池的需求越來越高，對(duì)鋰離子電池的功率密度提出了更高的要求。這就要求電池正極材料具有快速充放電的性能，而影響鋰電池充放電速度最重要的因素是正極材料自身的鋰離子輸運(yùn)機(jī)理。日前，北京大學(xué)新材料學(xué)院的科研人員在鋰電池材料輸運(yùn)機(jī)理方面取得重要突破，相關(guān)成果發(fā)表于《美國化學(xué)會(huì)志》。
北京大學(xué)的科研人員開展交叉學(xué)科協(xié)同創(chuàng)新，通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)量，首次系統(tǒng)地、完備地揭示了三元層狀正極材料的鋰離子是如何脫出的輸運(yùn)機(jī)理。他們采用量子化學(xué)的第一性原理的理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)，三元層狀正極材料中，存在兩種類型的鋰離子擴(kuò)散通道ODH和TSH，在充電的初始階段以O(shè)DH為主，隨后以TSH為主。同時(shí)錳和鈷等過渡金屬元素會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)、缺陷和鋰層的層間距起到調(diào)制作用，從而間接影響鋰離子的擴(kuò)散。
同時(shí)，他們還采用電化學(xué)的實(shí)驗(yàn)測(cè)量一系列三元層狀正極材料的鋰離子擴(kuò)散系數(shù)，進(jìn)一步驗(yàn)證了所提出的機(jī)理和模型。這將為今后三元材料鋰離子動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)以及制備高性能的鋰電池材料提供重要線索和理論指導(dǎo)。
