机械加工会加剧LiCoO2在循环使用过程中的性能退化

《Advanced Energy Materials》：Mechanical Processing Aggravates Cycling Degradations of LiCoO2

机械缺陷在锂离子电池制造中易形成，五种显微缺陷（滑移、位错、晶格畸变、晶界弯曲、裂纹）会加速界面劣化和结构崩解，低电压循环时裂纹扩展引发电解液界面过度生长，高电压循环时缺陷协同导致尖晶石结构退化、微裂纹和孔隙增多，工艺缺陷显著加剧循环降解。

　　

摘要

研究发现，锂离子电池正极材料中的内在缺陷和循环过程中产生的缺陷在提升或降低电化学性能方面起着截然相反的作用。然而，电池制造过程中引入的机械缺陷的影响尚未得到系统研究，这些缺陷在电化学循环过程中的演变情况也尚未明确。以高能量LiCoO₂正极材料为例，研究表明在工业制造过程中容易产生机械缺陷。电子显微镜分析揭示了五种主要的机械缺陷：滑移、位错、晶格畸变、拐角边界和裂纹，这些缺陷会损害电池的循环稳定性和倍率性能。在低电压循环条件下，界面退化加剧是导致性能快速下降的主要原因，这主要是由于裂纹扩展以及随之而来的正极-电解质界面（CEI）生长，从而导致界面极化增加和界面反应动力学降低。在高电压循环条件下，各种机械缺陷会显著演变，共同导致严重的结构退化，形成退化的尖晶石结构、空洞和微裂纹。本研究强调，制造过程中引入的机械缺陷会显著加剧后续电化学循环中的材料退化，因此减少循环前的机械缺陷并提高材料的机械强度可以有效改善正极材料的性能。

图形摘要

电池制造过程容易在正极材料中引入大量机械缺陷，根据对LiCoO₂正极的电子显微镜分析，这些缺陷可分为五种类型。进一步研究发现，这些缺陷在电化学循环过程中的演变会导致严重的界面和体相退化，从而显著加剧电池性能的下降。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。