脑洞大开,居然有人拿NCM111做负极材料
时间:2019/9/25 11:03:02                  来源:电子电器家用电器质量检验所                  点击率:39


是的,你没有看错,确实有人把NCM111材料作为负极材料使用。作为一名“一般青年”提到锂离子电池负极材料,首先想到是石墨、金属Li、Si基负极、Sn基负极、金属硫化物负极、金属氧化物负极等比较常规的负极材料,借用一句当今比较流行的话“平凡限制了我的想象力”,当看到有人居然尝试用NCM111材料作为负极材料时,我几乎是蒙圈的。说到NCM111,人家可是正经的正极材料,也是目前市场上主流的三元材料,它具有容量高、成本低、循环好的优点,堪称正极材料届的“三好青年”,这样一位前途远大的“三好青年”居然沦落到要到负极材料中混口饭吃?说到这里就不得不感叹国外人脑洞大,来自加拿大和美国的Yuesheng Wang等人硬是把一款正极材料用到了负极材料上,居然发现强扭的瓜有时候也有点甜!

Yuesheng Wang等人研究发现,当把NCM111(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)作为负极材料时,其可逆容量为330mAh/g左右(C/15),电压平台在1.1V左右,能够有效的避免金属Li在负极表面的析出,提高锂离子电池的安全性。

下图为NCM111材料在0.8-4.2V之间进行充放电时的电压曲线,可以看到在1.1V左右出现了一个明显的嵌锂平台,NCM111材料作为负极材料时,其容量可以达到330mAh/g(C/15),这甚至要比一些石墨类的负极材料容量还要高一些,表明NCM111有作为负极材料的潜力。

虽然NCM111材料作为负极的容量可达330mAh/g(C/15倍率),但是其倍率性能却不尽如人意,例如在C/2倍率下,材料的容量就已经下降到200mAh/g,1C倍率下更是下降到了175mAh/g,远远低于石墨类的材料。以NCM111材料为正极材料和负极材料组成全电池,电池的电压平台仅为2.2V左右,可逆容量135mAh/g(C/10),以C/10循环50次后,容量保持率仅为80%。看到这一切NCM111恐怕要哭晕在厕所了,本来说好跳槽到负极当个高富帅的,没想到居然马失前蹄,沦落为了屌丝青年。

那么为什么NCM111材料可以作为负极材料使用呢?我们知道NCM111材料作为正极材料时,可以通过脱出Li+来获得容量,但是如果作为负极材料时,仍然以嵌入Li+获得容量,那么材料的可逆容量将仅为20mAh/g,这表明NCM111材料作为负极时,一定还有别的嵌锂机理。研究显示随着Li+的嵌入,Co和Mn元素会发生还原反应,Co元素最低可被还原为0价,Mn元素也发生了化合价的降低,而Ni元素由于自身化合价较低,因此没有发生还原反应,最终在放电至0.8V,材料的XRD衍射图谱中就只能观察到Li2NiO2的衍射峰。这表明NCM111材料作为负极材料时,其容量主要是通过材料内部的相变实现。

上述工作虽然表明NCM111能够作为负极材料使用,但是也就是仅仅停留在了能用程度上,离好用还有较远的距离,但是这一工作的脑洞之大几乎是无人能及了,小编佩服佩服。

来源:第一电动
 
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