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上海交大孙浩团队Advanced Materials:相变调控策略解锁可持续、高性能干法电极

时间:2024-12-08 13:01:15 159浏览 收藏

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上海交通大学孙浩课题组研发了一种热辅助干法涂布(TA-DC)技术,用于制备高性能富锂锰基(LMR)正极极片,有效解决了传统湿法涂布中NMP溶剂毒性和高能耗的问题,并克服了传统干法涂布在制备高能量密度厚电极方面的挑战。该技术采用低熔点添加剂——二氟草酸硼酸锂(LiDFOB)和丁二腈(SN)——通过温和加热,熔融SN-LiDFOB改善电极内部组分分布,并构建高效锂离子传输通路。

TA-DC技术优势显著:

  • 环保可持续: 避免使用有毒易燃的NMP溶剂,降低能耗。
  • 高性能电极: 制备的LMR正极极片具有优异的倍率性能和循环稳定性,即使在高负载量下也表现出色。
  • 高效离子传输: LiDFOB和SN构建的传输通路显著提升锂离子传输效率,离子电阻与湿法电极相当,电导率达到2.4 mS cm⁻¹。

实验结果验证了TA-DC技术的有效性:

研究团队通过光学显微镜、扫描电镜和飞行时间二次离子质谱等手段,证实了TA-DC电极的结构完整性、均匀性和组分分布的优异性。电化学性能测试表明,TA-DC电极在高倍率下(4C)仍具有103 mAh g⁻¹的放电比容量,最大能量密度和功率密度分别达到1008 Wh kg⁻¹和3042 W kg⁻¹。循环性能测试也显示出TA-DC电极在高负载量下具有优异的循环稳定性。 此外,全电池测试和软包电池测试进一步验证了TA-DC技术的实际应用潜力,制备的507 mAh软包电池在95个循环后容量保持率达72%。

微观机制分析:

高分辨率透射电镜和X射线光电子能谱分析表明,TA-DC电极在循环后形成厚度约为2 nm的均匀界面层,有效保护LMR颗粒的原始晶体结构。而传统干法电极则形成厚而不均匀的界面层,并伴随尖晶石结构的出现。 傅立叶变换红外光谱和密度泛函理论计算揭示了SN和LiDFOB通过丰富的官能团增强与Li⁺的相互作用,构建高效的锂离子传输通路。

这项研究成果发表在《先进材料》(Adv. Mater.)上,为开发面向实际应用的环保高效锂离子电池正极材料提供了新的思路和方法,对推动电池行业的可持续发展具有重要意义。

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