稳定锂离子电池：钒元素

Josiah02

随着电动汽车和储能系统需求的激增，锂离子电池需要以更低的成本提供更高的能量密度。虽然 LiFePO 4和 Li-Ni-Co-Mn-O 等传统正极材料被广泛使用，但它们往往无法兼顾性能和价格。
富锂锰氧化物 (LRMO) 因其高容量和无钴成分而成为一种潜在的替代品。然而，其较低的初始库仑效率和快速的电压衰减限制了其更广泛的应用。解决这些挑战需要更深入的研究来稳定 LRMO 以供广泛的商业使用。
2024年9月，广东工业大学罗东、刘晨宇团队在《能源材料与器件》上发表了一项研究成果，标志着锂离子电池技术取得重大进展。
他们的研究表明，用 NH 4 VO 3处理富锂阴极材料会产生掺杂钒的尖晶石层状结构，从而提高初始库仑效率和电压稳定性。这种简单而有效的改进代表着朝着提高高能锂离子电池的可持续性和性能迈出了重要一步。
这项研究解决了 LRMO 阴极中两个长期存在的问题：初始库仑效率 (ICE) 低和电压衰减快。研究团队采用 NH 4 VO 3进行水热处理，将钒引入阴极表面，形成掺杂 V 的尖晶石层状结构。
这种创新结构改善了锂离子扩散，减少了表面界面反应，从而稳定了氧气氧化还原过程。值得注意的是，ICE 从 74.4% 跃升至 91.6%，超过了商业化所需的阈值。除了效率显著提升外，阴极还表现出令人印象深刻的电压稳定性，在 200 次循环中，最小衰减仅为每次循环 0.47 mV。
这种改进与抑制不可逆氧释放和形成强 VO 键有关，从而增强了材料的结构稳定性。通过解决这些关键挑战，该研究突出了一种有希望提高 LRMO 阴极性能和寿命的方法，使其更适合高能应用。
首席科学家罗东教授表示：“我们的研究成果提供了一种实用且高效的方法来应对富锂阴极中库仑效率低和电压衰减的长期挑战。通过加入钒，我们显著提高了氧化还原稳定性和电压性能，为下一代锂离子电池铺平了道路，以满足电动汽车和可再生能源存储等领域日益增长的能源需求。”
掺钒富锂阴极在电动汽车、可再生能源系统和消费电子产品等领域具有巨大应用潜力，因为电池效率和寿命至关重要。效率和稳定性的提高不仅有望通过消除钴来降低成本，而且还能提高电池的整体性能。随着这项技术的扩展，它可能会带来更实惠、更可持续的能源解决方案，从而加速全球向更清洁、更高效的电源转变。