動力電池作為新能源汽車的核心部件之一，決定著新能源汽車的發(fā)展水平。提升電池儲電性能，有利于相關領域的發(fā)展。

在新型高容量儲鋰電極材料中，富鋰錳基正極材料是全球公認的下一代高容量正極材料，放電比容量高達300mAh/g以上。

天目新聞記者從中國科學院寧波材料所了解到，近日，該所動力鋰電池工程實驗室劉兆平研究員帶領研究團隊對富鋰錳基正極材料開展了深入研究，在鋰離子傳輸動力學過程等方面取得了系列進展。

利用多種表征手段，團隊分別分析了錳（Mn）元素不同含量下的鋰電池熱處理過程，揭示了富鋰錳基正極材料中，Mn元素含量越高，其熱失控溫度越低。

同時，為了提升電池的高熱穩(wěn)定性和高比容量，研究團隊創(chuàng)新設計了一種多晶型結構的富鋰錳基正極材料，可實現更高的放電比容量，并實現更好的熱穩(wěn)定性。

相關負責人介紹，該研究結果詳細闡明了富鋰錳基正極材料的氧活性與熱穩(wěn)定性之間的關系，對下一代高安全、高能量密度鋰離子電池的實現提供了重要借鑒意義。相關內容發(fā)表在國際著名的材料科學期刊Materials Today。

另外，以往研究表明，富鋰錳基正極材料中，當其一次晶粒達到微米級時，往往表現出極低的比容量、快速的容量衰減和電壓衰減。

為了了解其中原因，研究團隊研究了鋰離子在富鋰錳基正極材料晶粒內部的擴散動力學過程，對該電化學性能給出了合理的解釋。

團隊發(fā)現，對鋰離子擴散系數較低的富鋰錳基正極材料來說，比容量的發(fā)揮高度依賴于顆粒尺寸大小。

其中，微米級晶粒具有更好的結晶性和更高的鋰離子擴散系數。長擴散距離對于晶粒內部鋰離子擴散過程具有負面影響，大尺寸一次晶粒的電化學過程伴隨著晶粒內部不均勻的鋰離子分布，由此導致應力應變在電化學過程中發(fā)生積累。

團隊還直接觀察到，微米級富鋰錳基正極材料晶粒內部大量層錯的產生以及顯著的層狀相向尖晶石以及鹽巖相的結構轉變，揭露了微米級富鋰錳基正極材料中快速的容量衰減和電壓衰減的原因。

該研究工作對制定相應的富鋰錳基正極材料改性策略具有重要的理論指導意義，相關研究成果于近日發(fā)表在國際著名的材料科學期刊Energy Storage Materials。