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铜取代型Li2Ni1-xCuxO2正极补锂剂提升石墨/磷酸铁锂电池循环寿命
郑建明, 张静文, 焦天鹏
电化学(中英文)    2025, 31 (2): 2408301-.   DOI:10.61558/2993-074X.3515
摘要   (4 HTML36 PDF(pc) (6375KB)(479)  

镍酸锂(Li2NiO2)作为一种正极补锂剂,用于补偿锂离子损失,以提高锂离子电池的循环寿命。然而,Li2NiO2补锂剂存在成本高、脱锂动力学较差的问题。本文研究了基于高温固相法合成的低成本铜(Cu)取代型Li2Ni1-xCuxO2(x = 0, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7)补锂剂对石墨/磷酸铁锂电池结构、形貌和电化学性能的影响。晶体结构精修结果表明,Cu取代策略有利于消除NiOx杂质相,弱化Li-O键。理论计算结果显示Cu取代可提高补锂剂电子电导率。同时,电化学分析证实Cu取代有利于降低脱锂电位,提高脱锂容量。其中,最优比例的Li2Ni0.7Cu0.3O2具有437 mAh·g-1的高脱锂容量,较Li2NiO2提升约8%。此外,设计了容量为3000 mAh的石墨/磷酸铁锂软包电池,采用2 wt% Li2Ni0.7Cu0.3O2补锂剂,其1000次循环的可逆容量、能量密度和循环寿命显著提高;其首圈放电容量提升6.2 mAh·g-1,0.5 P循环1000圈容量保持率提升约5%。对循环后的电池进行拆解分析后发现Li2Ni0.7Cu0.3O2添加剂可以减少固体电解质界面(SEI)的分解、改善脱嵌锂的均一性,从而提高石墨负极与电解液之间的界面稳定性,抑制析锂。综上,与Li2NiO2相比,Li2Ni0.7Cu0.3O2具有成本低、脱锂电压低和预锂化容量高的优点,是极具前景的下一代锂离子电池正极补锂剂材料。



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Fig. 4. (a) Schematic illustration of a graphite‖LiFePO4 pouch cell with a nominal capacity of 3000 mAh assembled by the prototype line of Xiamen Hithium Energy Storage Technology Co., Ltd. LiFePO4 pouch cell. (b) Cycling performance curves of pouch cell with Li2NiO2 and Li2Ni0.7Cu0.3O2 prelithiation additives. (c) The 60th and (d) 1000th charge/discharge curves.
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