简述用于锂离子电池的高电压正极材料

MargretWohlfahrt-Mehrens：非常感谢主持人的介绍，也谢谢主办方给我这次机会来跟大家展示一下我们的一些研究工作。

今天我的演讲主题是高压阴极材料在锂离子电池中的一些研究。我们是来自德国太阳能和氢能研究所的，这个组织也得到了欧盟相关下属组织的一些资助。

谈到提高我们的锂离子电池的比能力以及比容量，我们基本上有两个工作方针，一个是不断提高电池的电压，另外一个是扩展我们高容量材料的使用范畴和领域。还有两个方向都同时有更多的人在参与研究。我们重点的一些应用领域的参数要去提高的就是低成本和安全性方面。

首先阴极材料在锂离子电池当中成本已经都是比较高的，我们也需要从原材料成本入手，去降低它的成本，比如说在安排它的含量的时候，考虑降低钴和镍的量。现在有很多不同的阴极材料，每一种都有相应的优势和劣势。对于高压电池的应用，就是如图所示的锰酸镍锂。

我们的这个材料对于湿度还有粉沫调整结构，也就是从我们的架构和微晶结构以及谷粒结构去做比较的话，我们会发现一个很大的问题，在高压电池的阴极材料当中的合成参数能够帮助改变一系列的形状。

要进一步提升这种材料的性能，可以通过表面涂层的一个使用，在磷酸锂表面使用锰酸锂的涂层。今天我们可以看到氧化铝和氧化氢，我们可以在这当中去进行锰酸镍锂一个涂层的使用，可以帮助改善表面的性状。

另外对于所有的合成参数去进行一个优化也是我们主要的研究方向。比如说在金属溶液以及沉降溶液当中去加入氨，然后使产品产生沉着，使得氢氧锂可以获得不错的效果。

LMNO的涂层，离子的高导电性在钛的表现当中有不错的体现，我们也有相应的研究，我们发现锰和镍的离散多没有扩散到壁酸锂当中。

通过对壁酸镍锂的表面涂层可以获得更高的稳定性，我们可以看到图表当中的一些展示，图表的统计大家可能看不清楚，我们通常会观察对于未涂层材料的阻抗可能会增加。

另外，它同时对于整个电池的循环充放次数也有提升。大家注意一下，我们的电解质使用的完全是ECDMC，还有磷酸铁锂的电解质都是常用的一些电解质。涂层提高了整个电池的稳定性，必须降低了它的阻抗，如果我们去计算一下，其实在这个电解质当中完全没有添加其他的添加剂。

对于我们的高电压电池可以在我们的结构中可以增加锂的含量。对于整个电池的应用领域可以把高压和高溶料通过一个新兴材料同时进行实现。

我们富锂锰极的电池在电压曲线当中，我们来看一下从4.9伏到1.5伏的区间可以看到它的表现性非常的稳定，而它的电化学性并没有突出的改善。和DR的图表去进行对比，第一平台可以做到200毫安时，从循环次数上可以看到，可以做到4.9伏，可以做到100次的循环充放，同时并没有产生任何的容量衰减，我们看看锰酸镍锂，我们也可以看到，今天上午加上昨天也看到了很多演讲者都提到了这样的例子，同样电位的以及低电位当中我们可以看到循环次数多了之后，它的电容衰减的问题很突出。

在这里我们也可以看到首个证据，能够证明我们锰酸镍锂的整电池当中对于石墨的阳极材料的影响，我们在这边实现了160毫安时，我们也是用一些正常的电解液去做这些实验，没有参加任何的添加剂，总的来说，这种循环的稳定性还是比较好的，这种材料已经实现了锂化，我们用了一些化学的凭据去进行了这个过程。

我们还使用了石墨，还有其他一些材料。像这种锂化的这种过程，我们最开始是从阴极这边开始，然后我们要有一种锂化的过程，在这个过程中会有一种合成。这种合成也是非常有必要的。

这张图表是关于LMNO一个化学锂化的过程，我们是把这种材料和LIG的这种材料混合在一起，然后再经过一个热处理的流程，这就是最终对这种材料的锂化。

在这张幻灯片当中我们可以看到，通过一些化学的方法可以实现这种富锂材料像的形成。我们看看它锂化的这个过程，可能会达到2.5的水平，如果要达到比较高的锂化的水平的话，可能还要进行二次锂化的流程。这种材料要进行锂化的话我们可以使用不同的化学品去促进这种材料。

在这张幻灯片的左手边我们可以看到它整个化学的一个演变过程，和其他的化学品进行混合的话，最终达到了一个我们想要的一种富锂的图像。

在这边我们可以看到，两个部分的锂化的一个图表，我们可以看到它这个比重的一个曲线，这个材料在这个实验中，我们先进行了部分的锂化。这里的X值是0.44和0.88。我们看看更高的锂化的这种情况对于电压的这种影响，在一定的程度上，在这个水平上，这个电压是比较稳定的，在这里我们也有一些额外锂化的现象，可以去弥补在这个过程中产生的一些损失，在这个过程中是使用石墨做一个比较，这个材料是用一个完整的电池然后再跟石墨进行一个比较，比较一下这种过渡锂化状态材料的情况。

我们比较了一下电池的充电和放电，黑色是充电的曲线，红色的代表是放电的曲线，总体来说它的循环的稳定性都比较好，我们仅仅是处于实验的初期，这个电池还没有实现优化，我们也在观察这种过度锂化材料的性能。

我们比较一下不同的阴极材料它的比能和石墨进行一个比较，这边是一个电位图，横轴表示电位，纵向表示比容量，我们比较了不同材料的比能。我们看看这些材料的能量密度，和高能量的MIC做一个比较。总体来说，这些材料的比能还是比较好的。

现在我想谈一下阴极混合电极的一些特性。如果是说进行各种混合的话，它的这个电极的特性将会是什么样的，我们现在做一个比较，有更高的比能的这个材料，在另外那边是一个更高的比功率的材料在进行一个比较，下面的这个材料是尖晶石。

我们还看了这个材料在高功率情况下的一个表现，和旁边的锂铁锰这种材料进行一个比较，我们也可以把这两种材料混合起来。

这个是关于锰的，在60度的温度下存储了2周之后锰的一个曲线，我们看看这个横轴是尖晶石，纵轴是溶解后锰的含量。我们还可以做一个材料的混合，和LFMP的材料进行混合的话，我们会发现，我们可以大大减少锰的溶解。

我们可以用不同的方法去做这种混合的实验，我们可以改变这个结构，或者是做一些混合。

这张幻灯片主要是分析尖晶石的项，尤其是在卖出和缓和的这个过程中，还有它的一些主要的晶核参数的变化。

在这里是把LFMP和LMO进行混合，把这个混合的电极和尖晶石晶核的参数进行一个比较。

在这里我们看看在慢充和环节的过程中，它放电的一个基理是怎样的，低率的放电还有高电流以及缓和的慢充过程当中，我们也分析了它的这个充电的情况。

我们再比较一下纯阴极材料和一些混合阴极材料。首先，看它跟这个锰的溶解液进行一个比较，它的这个稳定性是怎么样的。我们看了能源密度，还有功率密度也是比较高的，这个电位的稳定性也比较好。

这是我们做的一系列材料的一些比较，谢谢大家的聆听。

提问：非常好的演讲，除了这种涂层的尖晶石的话，你们有没有对其他的一些材料做一些实验？

MargretWohlfahrt-Mehrens：我们没有做过相关的实验，我们做的主要是一些氧化物，还有锰的一些材料。目前来说锂这个材料的性能是最好的，尤其是在阻抗方面来说，这个方面的选择是更好的，可以有更高的阻抗。

提问：你们的这个实验是基于完整的电池还是这种长期的循环？

MargretWohlfahrt-Mehrens：这个阻抗的测量我们是用半个电池来做的，后来我们还和石墨进行了一个比较。我们这个电极的复合是50。