华科「国家杰青」黄云辉，EES！实现磷酸铁锂修复

顶刊收割机 · 公众号 · · 2024-09-23 08:30

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磷酸铁锂（LiFePO ₄ ，LFP）电池因其高可持续性、热稳定性、长使用寿命和低成本而在锂电池市场中占据重要地位，超过三分之一的市场份额。然而，LFP电池在使用过程中会逐渐退化，主要表现为锂离子扩散路径被阻碍，导致容量衰减和寿命缩短。

在此， 华中科技大学黄云辉团队 提出了一种高温冲击（HTS）技术，通过瞬态高温场触发原子尺度上的Li-Fe“跳跃”运动，迅速而一致地重新排序Li/Fe，修复退化的LFP进而恢复其性能。作者通过深入的原子级显微镜成像、理论计算和性能评估，识别并有效修复了三种类型的Li/Fe无序，实现了在几秒内的高效修复，并使修复后的LFP展现出优于商业新样品的电化学性能。

图1. 再生机制的DFT分析

总之，该工作展示了通过特别设计的热冲击型回收工艺来可持续再生老化或退化的LFP，解决了Li/Fe无序问题。其中，高温场对于诱导Li-Fe原子间重排至关重要，能够在毫秒级别内从单元格到单元格一致地发生，而瞬态扰动避免了有害的副作用反应。通过HAADF STEM和EELS映射识别的三种Li/Fe无序，通过理论计算和实验结果解释了它们的重排。

此外，由无机Li盐和F掺杂的C组成的复合CEI，进一步提高了LFP的电子和离子导电性。由于Li/Fe有序化和表面CEI的构建，再生的LFP在初始库仑效率、倍率性能和循环稳定性方面都有显著提高。因此，该工作具有显著的技术经济和环境效益，从而促进了电池循环的更可持续的方法。

图2. 可持续LiFePO ₄ 的经济和环境分析

Atomistic Observation and Transient Reordering of Antisited Li/Fe Defects toward Sustainable LiFePO4, Energy & Environmental Science 2024 DOI: 10.1039/d4ee01622j

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