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日本信州大学成功研发出新型锂离子电池正极材料表面涂层处理技术从而有效增强电池使用寿命

2016-09-28 138浏览 标签: 电池日本SSU


项目背景


     高压尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4)材料由于其高电压坪特性(约4.7V),被认为是最有前途的电池正极材料,可广泛应用于混合动力电动汽车以及插电式混合动力电动汽车等领域。这种材料的能量密度(650 Wh·kg−1)与传统材料(LiCoO2-、LiMn2O4-以及LiFePO4-)相比高20%。但是由于高压尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4)工作时接近电解质的热力学稳定性的极限,所以需要对高压尖晶石与电解液的兼容性展开系统的研究从而改善电池的循环寿命和安全特性。


     当无水电解液中存在少量的HF时,便会极易引起正极材料的腐蚀,从而降低电池使用寿命。为了克服腐蚀的问题,通常采用的办法是对正极材料表面进行涂层处理。长期以来对涂层材料进行了大量研究,如Li3PO4、AlPO4、ZnOx9、LiFePO4、石墨烯纳米片以及NbOx 纳米片等,这些涂层主要是起到物理阻碍作用将正极材料与电解液进行有效地分离。在此过程中,主要应用的表面涂层技术包括溶胶-凝胶涂层、化学蒸汽沉积、共同沉积、旋转涂覆以及其它物理沉积法等。但是采用这些技术获得的涂层所起到的作用有限,无法从根本上解决问题。


项目内容


     近日,日本信州大学官网公布消息称,研究人员成功开发出新型锂离子电池正极材料表面涂层处理技术从而有效增强电池使用寿命。

     由于自组装单层膜(self-assembled monolayer,SAM)具有良好的物理和化学稳定性,所以可以应用于固体表面从而改变材料的物理和化学特性。氟硅烷(fluoroalkylsilane,FAS)是有机硅烷的一种具有良好的物理和化学稳定性。

     研发人员主要对超薄“FAS-SAM”涂料在应用于高压(5V)情况下的锂离子电池尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4)正极材料的影响进行了研究。研究人员发现对于未进行涂层处理的尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4)正极材料而言,在100个周期之后其容量会降低79%,造成这种结果的        主要原因是有机电解质的氧化分解。通过在尖晶石(LiNi0.5Mn1.5O4)正极材料表面进行超薄“FAS17-SAM”涂层处理之后,材料的容量可维持在最初水平的97%,得到了大大改善。

     研发人员采用这种新型涂层处理之后,可有效提高电池的循环使用寿命以及安全特性。


图1 涂层处理前后性能对比

     动态链接:「リチウムイオン二次電池の高電圧作動を可能にする電極表面処理技術を開発~高電圧と安全性の両立~」をプレスリリースしました



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