Nouvelle stratégie proposée pour les batteries Li-ion à cycle ultra-long

Ces dernières années, les batteries lithium-ion ont été largement utilisées dans de nombreux domaines. Par rapport aux matériaux cathodiques traditionnels des batteries aux ions de lithium, un plus grand nombre d'ions de lithium dans les matériaux cathodiques à base de manganèse riche en lithium par unité de masse participent au stockage de l'énergie. Cependant, au cours du processus de réaction de la batterie, l'accumulation de contraintes et la perte d'oxygène du réseau provoquent des microfissures dans les matériaux à base de manganèse riche en lithium. La migration des ions de métaux de transition entraînera une transition de phase des matériaux et d'autres réactions secondaires néfastes, ce qui rend les performances réelles de la batterie moins qu'idéales.

Comment éviter efficacement ces effets indésirables pendant le cycle de la batterie est la clé pour améliorer les performances du matériau et le rendre vraiment pratique à l'avenir.

Selon un article récemment publié dans le Chemical Engineering Journal, des chercheurs de l'Institut des sciences physiques de Hefei de l'Académie chinoise des sciences ont réussi à préparer un matériau cathodique très performant pour les batteries lithium-ion à base de manganèse riche en lithium.

L'équipe dirigée par le professeur ZHAO Bangchuan a procédé à un dopage au soufre et à la croissance in situ d'une phase spinelle cohérente de manière synchrone sur la surface de matériaux à base de manganèse riche en lithium, en combinant des stratégies d'optimisation de la vacance d'oxygène.

La couche de revêtement épitaxiale de spinelle cohérente avec la phase de la couche interne peut efficacement éviter le contact direct entre l'électrolyte et le matériau actif pendant la réaction de la batterie et fournir un canal tridimensionnel pour la diffusion des ions de lithium.

En outre, le dopage S peut étendre l'espacement des plans cristallins des matériaux de la phase de couche superficielle, réduire la barrière énergétique du transfert de charge dans les matériaux, et la liaison chimique formée entre le soufre et les éléments de métal de transition peut également ajuster l'oxydoréduction irréversible des anions et stabiliser la structure des matériaux.

Dans le même temps, la vacance d'oxygène induite par le dopage au soufre peut également inhiber la perte d'oxygène actif en surface et protéger l'intégrité de la structure de la phase de masse.

Grâce à la modification multifonctionnelle de la couche de surface, ce matériau à base de manganèse riche en lithium présente d'excellentes performances, notamment en matière de cyclage : après 600 cycles, le taux de rétention de la capacité de la batterie à pièces peut atteindre 82,1 %, la densité énergétique de la batterie complète assemblée avec une anode commerciale en graphite peut atteindre 604 Wh kg-1, et le taux de rétention de la capacité est de 81,7 % après 140 cycles.

Ce travail a fourni une référence pour la modification ultérieure des matériaux à base de manganèse riches en lithium.