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中科院化學(xué)所郭玉國團隊,最新AM!

中科院化學(xué)所郭玉國團隊,最新AM!
第一作者:Min Fan, Xin-Hai Meng
通訊作者:郭玉國,孟慶海
通訊單位:中國科學(xué)院化學(xué)研究所
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郭玉國,研究員(二級),國科大崗位教授,博導(dǎo),“杰青”,“國家重點研發(fā)計劃”首席科學(xué)家。中國科學(xué)院化學(xué)研究所研究員,課題組長,博士生導(dǎo)師,中國科學(xué)院大學(xué),崗位教授。
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孟慶海,博士 ,中國科學(xué)院化學(xué)研究所,副研究員;迄今在國際知名期刊累計發(fā)表論文30余篇,引用3000余次,申請發(fā)明專利30余項,其中授權(quán)10余項,獲得第二屆中國國際納米之星創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽北京賽區(qū)二等獎、全國三等獎,風(fēng)樹創(chuàng)新獎教金一、二等獎,化學(xué)所年度優(yōu)秀職工、青年科學(xué)獎特別優(yōu)秀獎等。
論文速覽
持續(xù)不斷的廢舊鋰離子電池浪潮迫切需要高效回收的高價值產(chǎn)出。近年來,直接再生作為一種新的回收策略出現(xiàn),但未能修復(fù)高度降解的多晶層狀氧化物材料的不可逆形貌和結(jié)構(gòu)損傷。
本論文針對廢舊鋰離子電池(LIBs)中高度降解的多晶LiNi1-x-yCoxMnyO2(NCM)正極材料,提出了一種固態(tài)再生循環(huán)利用的新策略。研究團隊發(fā)現(xiàn),廢舊正極材料表面的巖鹽相是晶體生長的內(nèi)在障礙,因其在異質(zhì)晶界的緩慢擴散。
通過恢復(fù)層狀表面,成功將嚴重破碎的正極材料重塑為高性能的單晶顆粒。經(jīng)過150個循環(huán)測試,再生后的單晶正極材料展現(xiàn)出93.5%的容量保持率,明顯優(yōu)于再生多晶材料的61.7%。
此外,該材料在高截止電壓(4.5 V)或高溫(45°C)條件下的性能也超過了商業(yè)正極材料。這項工作為廢舊LIBs中高度降解正極材料的再生提供了科學(xué)見解。
圖文導(dǎo)讀
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圖1:傳統(tǒng)直接再生(DR)、熔鹽輔助合成(MSAU)和固態(tài)再生(SSU)的多晶NCM正極材料回收過程的示意圖。
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圖2:微裂紋的存在和結(jié)構(gòu)退化。
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圖3:廢舊NCM523表面巖鹽相對單晶生長的阻礙作用。
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圖4:通過優(yōu)化燒結(jié)條件獲得的再生單晶NCM523(RSC-NCM)的形貌和結(jié)構(gòu)特征。
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圖5:不同樣品的初始充放電曲線、倍率性能、循環(huán)伏安(CV)曲線、循環(huán)性能以及不同條件下的電化學(xué)性能比較。
總結(jié)展望
本研究成功開發(fā)了一種固態(tài)再生策略,用于處理高度降解的多晶NCM正極材料。通過預(yù)處理步驟轉(zhuǎn)化表面巖鹽相為層狀結(jié)構(gòu),促進了晶粒生長和離子擴散,實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)和形態(tài)的更完整修復(fù)。
再生后的單晶正極材料在循環(huán)穩(wěn)定性和可逆容量方面均有顯著提升,甚至在高電壓和高溫條件下的性能也超越了原始材料。此外,該策略具有普適性,適用于不同鎳含量的NCM正極材料。這項工作不僅簡化了NCM正極材料的再生過程,而且為單晶NCM正極材料的合成提供了深入的理解。
文獻信息
標題:Reviving Fatigue Surface for Solid-State Upcycling of Highly Degraded Polycrystalline LiNi1-x-yCoxMnyO2 Cathodes
期刊:Advanced Materials
DOI:10.1002/adma.202405238

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