华南理工胡仁宗EnSM: 改善低温锂离子电池正极电化学反应动力学的策略

锂离子电池 (LIB) 已被广泛用作消费电子产品和电动汽车的主要电源。然而，由于电极、电解液及其界面中的Li离子传输动力学缓慢，LIB在低于0°C时容量和续航能力通常会严重降低。

在此，华南理工大学胡仁宗教授等人总结了基于LIBs正极视角的零下低温运行时电化学反应动力学的最新进展。首先，作者主要讨论了零下低温对几种典型正极材料电化学反应动力学的影响，包括橄榄石型LiFePO₄ (LFP)、Li₃V₂ (PO₄)₃(LVP)、层状LiCoO₂ (LCO)、富镍LiNi_1-xyCo_xMn_yO₂ (NCM) 和LiNi_1-xyCo _xAl_yO₂ (NCA)，以及富Li、Mn的Li_1-xNi_1-xyzCo_yMn_zO₂(LMR)。

然后，详细讨论了为增强这些典型正极材料在零下温度下的界面和内部反应动力学而开发的各种策略。随后，提供了LFP、LVP、NCM和LMR正极材料的研究和相关性能的简短比较。

最后，提出了应对低温正极材料慢动力学挑战的具体建议和想法，启发了LIBs和其他用于零下温度应用的器件的进一步发展。

图1. 低温下Li离子在LIB各组分中迁移路径的示意图

LFP正极在零下温度下缺乏良好的应用潜力，现阶段，LVP和NCM正极可能更适合低温LIBs的应用，但钒源的污染和安全问题需要重点关注。LMR正极在低温下运行显示出低电化学极化，并具有进一步应用的良好潜力，但其急剧下降的容量需要进一步改善，新结构的设计可能是有效的解决途径。此外，为了实现低温LIBs的商业应用，应考虑电极的面积负载和活性面积的影响，改善正极材料的低温环境限制仍然需要

a) 选择合适的导体材料来修饰LVP正极，

b) 结合晶体设计和体掺杂为层状正极提供更快的离子扩散通道，

c) 促进LMR正极中Li₂MnO₃相的电化学活化。

此外，其他潜在正极的低温反应动力学仍有待进一步研究。可以预见，在增强正极材料低温动力学方面的不断改进将为构建具有高能量密度的商业LIB带来光明的未来。

图2. 常见的四种低温性能改进策略及其基本原理

Strategies to Improving Electrochemical Reaction Kinetics of Cathode Materials for Subzero-temperature Li-ion Batteries: A Review, Energy Storage Materials 2021. DOI: 10.1016/j.ensm.2021.10.032

原创文章，作者：科研小搬砖，如若转载，请注明来源华算科技，注明出处：https://www.v-suan.com/index.php/2023/10/15/0e822a882c/

华南理工胡仁宗EnSM: 改善低温锂离子电池正极电化学反应动力学的策略

相关推荐