目前，在鋰電池的研究中，與傳統(tǒng)商業(yè)化使用的石墨負(fù)極相比，具有更高容量的負(fù)極材料不斷涌現(xiàn)，如Sn/Co/C，Si-C等，與之相比，正極材料已經(jīng)成為鋰電進(jìn)一步發(fā)展的瓶頸。三元體系由于具有較高的理論容量備受關(guān)注，大眾認(rèn)知的電動(dòng)汽車巨頭特斯拉（Tesla）也采用了三元NCA材料。三元體系中，層狀過渡金屬氧化物L(fēng)i（NixCoyMnz）O2（NMC）同樣具有較高的理論容量（~280 mAh/g）。我們?cè)谇捌诘难芯恐校捎锰技{米管（CNTs）包覆纏繞三元顆粒Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2（NMC532）得到了全活性材料去極化三元體系，該體系摒棄了傳統(tǒng)上對(duì)電池容量沒有貢獻(xiàn)的添加劑，如集流體、導(dǎo)電劑和粘結(jié)劑，在3-4.8V的充放電區(qū)間，實(shí)際可逆比容量高達(dá)250 mAh/g，遺憾的是該體系的循環(huán)性能還有待提升。
Figure XRD of various NMC532/CNT composite cathodes (a) and the schematic mechanisms of its activation in the prelithiation process (b)
在北京大學(xué)深圳研究生院新材料學(xué)院潘鋒教授的指導(dǎo)下，由吳忠振特聘研究員，季順平工程師，鄭家新博士等人在前期研究的基礎(chǔ)上，通過實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算相結(jié)合，創(chuàng)新性地采用提前放電，使得該三元體系Li（Ni0.5Co0.2Mn0.3）O2（NMC532）具有更好的循環(huán)穩(wěn)定性能，同時(shí)，該體系的去極化特性也賦予其更高的循環(huán)容量，在3-4.2V間充放，可逆循環(huán)容量達(dá)180 mAh/g（接近理論容量），充放電100次后基本無衰減。
實(shí)驗(yàn)與計(jì)算結(jié)果表明，該體系在提前放電的過程中，NMC532顆粒表面生成一層主要由CNTs和有機(jī)物組成的固體電解質(zhì)界面膜（SEI）（厚度~40μm），該膜的形成有效減少了活性材料表面的不可逆反應(yīng)，同時(shí)，避免了三元材料中Mn2+的不斷溶出，對(duì)體系良好的循環(huán)性能起到重要的作用。同時(shí)，提前放電過程中， Li+會(huì)進(jìn)一步插入活性材料表面，出現(xiàn)雙層Li的現(xiàn)象，雙層Li的出現(xiàn)，對(duì)材料的容量和倍率性能提升均有貢獻(xiàn)。總之，提前放電的研究思路，不僅適用于該體系，對(duì)眾多電池材料的研究均有參考價(jià)值。目前，該研究成果發(fā)表在最近一期的國際新材料一級(jí)雜志-《納米快報(bào)》（Nano Letters，DOI: 10.1021，SCI 影響因子 13.5）上。
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Zhongzhen Wu,? Shunping Ji,? Jiaxin Zheng,? Zongxiang Hu, Shu Xiao, Yi Wei, Zengqing Zhuo, Yuan Lin, Wanli Yang, Kang Xu, Khalil Amine, and Feng Pan* Prelithiation Activates Li(Ni0.5Mn0.3Co0.2)O2 for High Capacity and Excellent Cycling Stability, Nano Letters(2015), DOI: 10.1021
