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        鋰離子電池發(fā)展到今天，在正負極材料的持續(xù)升級和電池結構的不斷優(yōu)化的作用下，電池的比能量已經有了非常大的提升，目前在高鎳三元正極/硅碳負極的加持下，鋰離子電池的比能量已經達到300Wh/kg左右，初步實現(xiàn)了2020年目標。然而300Wh/kg的比能量幾乎是現(xiàn)有體系的極限值了，繼續(xù)提升比能量只能更換新的材料體系，從目前的技術發(fā)展來看，正極最有可能的選擇是富鋰材料，負極方面主要是金屬鋰i。

 

       富鋰材料的比容量可達250mAh/g以上，遠高于目前的三元材料，能夠實現(xiàn)400Wh/kg比能量的目標，然而富鋰材料在循環(huán)過程中面臨著持續(xù)的電壓平臺衰降，這不僅僅會造成電池比能量的降低，還會影響電池管理系統(tǒng)BMS的正常運行。在早期的研究中一般認為富鋰材料的電壓平臺衰降主要是因為材料從層狀結構到尖晶石結構的轉變，但是最近布魯克海文國家實驗室的Enyuan Hu(第一作者)和Xiqian Yu(通訊作者)等人通過先進的檢測技術發(fā)現(xiàn)，在循環(huán)中富鋰材料中的過渡金屬元素的價態(tài)持續(xù)降低，例如鈷元素的從最初的Co3+/4+轉變?yōu)?Co2+/3+，錳元素也轉變?yōu)镸n3+/Mn4+，這些轉變直接導致了富鋰材料電壓平臺的持續(xù)衰降，同時循環(huán)過程中的氧損失會引起結構缺陷，并在富鋰材料顆粒內部形成非常大的孔，這會進一步降低富鋰材料的電壓平臺。作者認為富鋰表面涂層和改性，能夠有效的減少氧的釋放，從而抑制富鋰材料循環(huán)過程中的電壓衰降。

 

       試驗中Enyuan Hu采用了典型的富鋰材料Li1.2Ni0.15Co0.1Mn0.55O2作為研究對象，該材料循環(huán)不同周期后充放電曲線和dQ/dV曲線如下圖所示，從圖中能夠明顯的看到隨著循環(huán)次數(shù)的增加，富鋰材料的電壓平臺呈現(xiàn)出了明顯的衰降趨勢。
 

 

      為了分析富鋰材料在循環(huán)中電壓衰降的機理，Enyuan Hu利用XAS工具分析了富鋰材料在第1、25、46、83次循環(huán)后，材料中的Ni、Co、Mn和O元素的價態(tài)的變化趨勢(如下圖所示)，從圖中能夠看到Ni、Co、Mn三種過渡金屬元素的價態(tài)隨著循環(huán)次數(shù)的增加呈現(xiàn)了明顯的下降趨勢。氧原子的變化主要發(fā)生在邊前區(qū)域，從下圖中能夠注意到隨著循環(huán)次數(shù)的增加，氧原子的邊前峰強度呈現(xiàn)了明顯的減弱趨勢，這表明體相中的過渡金屬元素與氧元素之間的鍵能降低。