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厦大、宁德时代、中科院联合揭秘：富锂电池低放电容量衰减加剧

2024-12-02 10:06:12 来源：电化学能源

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简介：厦门大学、宁德时代新能源科技有限公司(CATL)及中国科学院高能物理研究所的科研团队强强联手，首次深入探索并揭示了锂离子电池(LIB)领域的一个反常现象：在富锂层状氧化物(LRLO)正极材料中，低放电深度(DOD)条件下电池的容量衰减竟然更为显著。

厦门大学、宁德时代新能源科技有限公司(CATL)及中国科学院高能物理研究所的科研团队强强联手，首次深入探索并揭示了锂离子电池(LIB)领域的一个反常现象：在富锂层状氧化物(LRLO)正极材料中，低放电深度(DOD)条件下电池的容量衰减竟然更为显著。

富锂层状氧化物作为LIB正极材料的明日之星，通过引入额外的锂至过渡金属(TM)层，实现了电化学活性的双重提升，从而大幅提高了比容量(超过300 mAh/g)和能量密度(超过1000 Wh/kg)。然而，这一创新也伴随着前所未有的挑战。在充放电循环中，大量Li+从TM层中析出，导致空位形成，进而触发不可逆的TM迁移和电压衰减，严重破坏了正极的结构稳定性。此外，氧化晶格氧(On-，n < 2)和电子空穴的亲核攻击也对电极-电解液界面产生了深远影响，进一步降低了Li+的可逆性。

尽管传统观念认为减少阴离子氧化还原的参与能够增强循环稳定性，但CATL的内部研究数据却显示，在相同的上限电压(UCV)条件下，LRLO(例如Li1.14Ni0.26Mn0.55Co0.05O2)在低深度放电(LDOD)/高放电截止电压循环中，其容量衰减速度明显快于高深度放电(HDOD)/低放电截止电压循环。相比之下，传统的非LRLO材料(如LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2，NCM)在相同的LDOD循环条件下并未表现出如此快速的容量衰减。

为了深入探究这一反常现象，科研团队采用了CATL标准的软包全电池，并进行了详尽的表征研究。研究结果显示，不完全放电会导致氧化晶格氧(On-)的积累，进而引发一系列结构不稳定现象，包括TM迁移、空位团簇的形成以及结构扭曲。这些结构变化对电极-电解质界面的完整性造成了严重的破坏。

科研团队指出，LRLO面临的核心难题在于如何建立性能衰减与阴离子氧化还原现象积累之间的明确联系。这一发现不仅颠覆了许多现有的理论和原则，也为未来的材料研究和开发指明了新的方向。

该研究成果以题为“Depth-of-Discharge Dependent Capacity Decay Induced by the Accumulation of Oxidized Lattice Oxygen in Li-Rich Layered Oxide Cathode”的论文形式，发表在《Angewandte Chemie International Edition》期刊上，第一作者为厦门大学的张康博士。