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学院在纳米单颗粒锂电池性质研究获得突破发表Adv. Energy Mater. 封面文章
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      锂电池已经广泛应用在手机和电动车上。锂电池正负极材料的纳米和微米单颗粒是构成锂电池极片的基本活性单元,如何建立研究方法测量单颗粒纳米和微米晶体的电池性能是这个领域具有挑战性的课题,其研究的困难在于:在普通的电池性能的电化学测试的过程中,我们用的都是具有一定厚度的极片,里面包含了浓差极化、电化学极化以及颗粒之间的相互作用等信息,单个纳米颗粒的特性被覆盖在了上述复合信息中,得不到真实的锂电池材料单个纳米颗粒的真实的信息。为了更好地设计锂电池和开发下一代锂电池材料,锂电池单个颗粒的电化学研究就显得十分有必要,这需要新的方法,新的思维。

 

图1. 单纳米颗粒分散的超薄的电极和电化学测量及模拟计算

      北京大学深圳研究生院新材料学院潘锋教授课题组发展了一种制备单纳米颗粒分散的超薄的电极的制备方法,在这种电极上的颗粒完全分散在碳纳米管网络中,然后进行电化学测试。同时课题组开发单颗粒纳米电化学计算模型,这种单颗粒模型借助实验得到的充放电曲线(锂离子浓度和电压之间的关系)和CV(电流与电压的关系)曲线,进行模拟计算,得到单纳米颗粒的界面反应常数和锂离子体相扩散系数。

                      

图2: 磷酸铁锂电池纳米晶体颗粒的界面结构与锂电池性质的相关性

      通过测量和模拟计算不同温度条件下不同电解液环境体系中的单颗粒信息,该课题组首次提出了电化学界面动力学反应的前置因子与锂离子在单个颗粒上的溶剂化和脱溶剂化过程活化能直接关联,同时将纳米晶体的界面的结构和电池的电化学性能可以关联起来。

      该研究成果以封面文章发表在近期的国际材料与能源的顶级科研期刊Advanced Energy Materials (Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601894, 影响因子IF=15.23)上,该工作由潘锋教授和林原教授指导,由15级博士生胡江涛,13级硕士李文合作完成。

 

Ref. Jiangtao Hu+, Wen Li+, Yandong Duan, Suihan Cui, Xiaohe Song, Yidong Liu, Jiaxin Zheng, Yuan Lin,* and Feng Pan*“Single-Particle Performances and Properties of LiFePO4 Nanocrystals for Li-Ion Batteries” Adv. Energy Mater. 2017, 7, 1601894.

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文章链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201770025/full