麦吉尔大学焦耳评论:迈向高能锰基无序岩盐锂离子阴极

小夏 教育 更新 2024-01-31

高容量无序岩盐(DRX)阴极的最新发展为低成本和高能量锂离子电池开辟了新的机会。 特别是以MN为主要氧化还原活性过渡金属(TM)的MN基DRX材料表现出最有前途的性能,在容量和比能量方面超过了更成熟的正极材料。 然而,仍然存在重大挑战,例如循环动力学有限、容量保持性差和活性材料负载低。

这里Jinhyuk Lee,加拿大麦吉尔大学等总结了目前对MN-DRX材料工作原理(锂扩散、氧化还原机理)、失效机理(O损失、化学机械降解)、合成加工(固态、机械化学)、微观结构和性能的基本认识。

此外,作者将MN-DRX阴极的实际能量密度与具有共同碳负载的更传统的阴极进行了比较,以评估MN-DRX在其商业应用中的当前局限性和潜力。 作者强调了在设计MN-DRX的主体组件时考虑动力学、氧化还原和失效机制的重要性。

此外,还讨论了形成大次级颗粒以提高电极密度和循环寿命的必要性。 最后,讨论了电流电解液与各种Mn-DRX化合物的不相容性,这是开发实用的锂离子电池MN-DRX正极时必须解决的问题。

图1DRX结构以及相关的成本效益和可持续性评估

基于对MN-DRX性能的了解,笔者分享了对MN-DRX未来发展的看法。 在本体组件工程方面:

i) 努力优化 0-tm 渗透以获得更快的动力学。

ii)通过F取代调整氧化还原机理,避免与0-TM渗透策略发生冲突。

iii) 掺杂聚氧化还原(多电子)TM以提高MN-DRX的电子电导率。

微观结构工程方面:

i) 避免粉状颗粒形式,以增加阴极密度,从而增加体积能量密度。

ii) 形成由较小的初级颗粒 (d 500 nm) 组成的球形二次颗粒 (d 10 m),以增加电极密度和循环寿命。

iii)通过降低导电碳或粘合剂含量,以及设计薄而轻的阴极,增加活性材料含量和实际负载。

电解质优化。

i) 扩大电压窗口(盐包盐溶剂型电解质或电解质添加剂)将有助于最大限度地延长循环寿命。

ii)探讨不同溶剂和助溶剂对MN-DRX的影响。

iii) 深入研究不同电解质(电解质盐、溶剂和添加剂的不同组合)对MN-DRX的影响。

图2高能量和长循环寿命mn-DRX阴极的策略

toward high-energy mn-based disordered-rocksalt li-ion cathodes,joule2021. doi: 10.1016/j.joule.2021.11.005

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