面包芯语

华中科技大学&燕山大学&温州大学EES：反位Li/Fe缺陷瞬态重排，实现磷酸铁锂瞬间修复！

锂电联盟会长 2024-08-29 13:47
【50份好礼】首发直播： 解密Keysight最新模拟信号源 精密双向电流感应放大器设计方案

点击左上角“锂电联盟会长”，即可关注！

                

磷酸铁锂（LiFePO4，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。在老化或退化的磷酸铁锂（LFP）材料中，材料失效通常与锂的缺乏有关，这导致锂空位（LiV）、铁占据锂位（FeLi）以及晶体单元内的锂/铁反位缺陷的产生，这三种缺陷几乎总是共存。由于LFP中的锂离子传输是一维的，这些错位的锂/铁缺陷（FeLi，Li/Fe反位）不可避免地阻碍了锂离子的扩散，这是LFP容量衰减的主要原因。传统回收方法存在效率低下、成本高和环境污染等问题，而直接材料回收可以通过修复结构来回收活性材料，实现更环保和经济的电池回收。

近日，华中科技大学黄云辉教授、姚永刚教授、燕山大学聂安民教授、温州大学袁一斐教授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，恢复其性能。研究人员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。这项工作不仅揭示了LFP系统中的无序和重排序基础，还提出了一种高效且可持续的策略，用于再生老化和退化的LFP，具有显著的技术经济优势。 

该成果以《Atomistic Observation and Transient Reordering of Antisited Li/Fe Defects toward Sustainable LiFePO4》为题发表在《Energy & Environmental Science》上，第一作者是Guo Yaqing。  

（电化学能源整理，未经申请，不得转载）
【工作要点】
瞬态高温冲击（HTS）技术是一种旨在诱导晶格结构内反位Li-Fe对快速、扩散较少的“跳跃”运动的方法。这个过程促进了在原子水平上Li-Fe原子的迅速而一致的重新排序。令人印象深刻的是，这种重构仅在毫秒级内展开，时间太短，无法发生任何有害的副作用反应（如杂质生成、相破坏等），展示了HTS在调控原子结构时的效率和精确性，而不影响材料完整性。同时，HTS过程可以选择性地瞬间碳化聚偏二氟乙烯（PVDF）粘结剂，在LFP颗粒上形成掺氟的碳涂层；当与表面Li补充相结合时，复合CEI可以显著提高电子和Li的导电性，从而实现具有高电化学性能的再生LFP。该策略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. 1. 废旧LFP的详细结构。(a) LFP空气降解示意图。(b) S-LFP中的缺陷示意图以及沿[010]晶轴的LFP六边形模型，显示LiV、FeLi和LiFe反位。(c) 和 (d) 分别在S-LFP表面和近表面[010]方向上的HAADF STEM图像及黄色框沿线强度线轮廓。(e) S-LFP的XRD数据的Rietveld精修图谱。(f) S-LFP表面和内部Fe L边EELS低损耗图谱的比较。(g) S-LFP表面的TEM图像。(h) SLFP的EDS图像。(i) S-LFP的C 1s和F 1s XPS图谱。    
图. 2. HTS瞬态材料回收。(a) 冲击型加热的温度曲线。(b) S-LFP和(c) HTS处理的S-LFP（HTS-S-LFP）的SEM图像。(d) 和 (e) 分别是S-LFP表面和HTS-S-LFP表面的原位TEM图像。(f) HTS-S-LFP的离位TEM图像。(g) LFP颗粒的拉曼位移。(h) HTS-S-LFP的C 1s和F 1s XPS图谱。    
图. 3. HTS后Li/Fe位点重排。(a) 和 (b) 分别在HTS-S-LFP近表面和表面[010]方向上的HAADF STEM图像及黄色框沿线强度线轮廓。(c) HTS-S-LFP表面和内部Fe L边EELS低损耗图谱的比较。(d) HTS通过R-HTS-S-LFP的再生过程示意图。(e) R-HTS-S-LFP表面[010]方向上的HAADF STEM图像及黄色框沿线强度线轮廓。(f) R-HTS-S-LFP表面和内部Fe L边EELS低损耗图谱的比较。(g) HTS-S-LFP和R-HTS-S-LFP的XRD数据的Rietveld精修图谱。(h) Li/Fe反位含量的比较。    
图 4. 再生机制的DFT分析。(a) FeLi位点重排的能量曲线示意图，以及大量LiV和少量LiV时的FeLi位点重排示意图。(b) Li/Fe反位缺陷重排过程的能量曲线和示意图。(c) FeLi位点重排（大量LiV和少量LiV）和Li/Fe反位缺陷重排的相对能量障碍。    
图 5. R-HTS-S-LFP的电化学性能。(a) LFP再生晶体结构示意图。(b) S-LFP和R-HTS-S-LFP的I-V曲线。(c) S-LFP和R-HTS-S-LFP的电子电导率。(d) R-HTS-S-LFP的原位EIS。(e) R-HTS-S-LFP的CV曲线，扫描速率为0.1 mV s-1。(f) 0.1 C时的剩余容量和恢复容量。(g) S-LFP、HTS-S-LFP、R-HTS-S-LFP和商业LFP的倍率性能。(h) 在1C下循环的R-HTS-S-LFP的长期循环稳定性。    
图 6. 退化LFP的HTS再生。(a) 退化和再生LFP晶体结构示意图。(b) 不同再生过程的D-LFP的XRD谱图。(c) R-HTS-D-LFP的表面和(d) 近表面的TEM图像。(e) R-HTS-D-LFP表面和内部之间EELS低损耗光谱的比较。(f) R-HTS-D-LFP的EDS映射。(g) R-HTS-D-LFP的CV曲线。(h) R-HTS-D-LFP的原位EIS。(i) R-HTS-D-LFP的倍率性能。    
图 7. 可持续LiFePO4的经济和环境分析。(a) 利用火法冶金（Pyro）、湿法冶金（Hydro）和我们的快速直接再生（Direct）方法生产LFP的锂离子电池（LIBs）制造示意图。(b) 通过火法冶金、湿法冶金和直接回收每吨废弃LFP电池的成本。(c) 每吨LFP电池的收入。(d) 每吨LFP电池的利润。(e) 不同锂离子电池回收项目的能耗。(f) 不同锂离子电池回收项目的温室气体（GHG）排放。(g) 不同LIB回收方法的比较。
【结论】
总之，本研究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，解决了其臭名昭著的Li/Fe无序问题。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（例如杂质扩散和LFP相变质）。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。研究人员的工作因此揭示了LFP系统重排的基础，并提出了一种有效且可持续的策略，用于再生具有先进性能的老化和退化LFP，带来了显著的技术经济利益。    
Yaqing Guo, Yonggang Yao, Chi Guo, Yaduo Song, Pengjie Huang, Xiaobin Liao, Kun He, Hao Zhang, Hanwen Liu, Rong Hu, Wei Wang, Cheng Li, Shun Wang, Anmin Nie, Yifei Yuan, Yunhui Huang
DOI: 10.1039/D4EE01622J

锂电联盟会长向各大团队诚心约稿，课题组最新成果、方向总结、推广等皆可投稿，请联系：邮箱libatteryalliance@163.com或微信Ydnxke。
相关阅读：
锂离子电池制备材料/压力测试！
锂电池自放电测量方法：静态与动态测量法！
软包电池关键工艺问题！
一文搞懂锂离子电池K值！
工艺，研发，机理和专利！软包电池方向重磅汇总资料分享！
揭秘宁德时代CATL超级工厂！
搞懂锂电池阻抗谱(EIS)不容易,这篇综述值得一看！
锂离子电池生产中各种问题汇编！
锂电池循环寿命研究汇总（附60份精品资料免费下载）

登录阅读全文
免责声明： 该内容由专栏作者授权发布或作者转载，目的在于传递更多信息，并不代表本网赞同其观点，本站亦不保证或承诺内容真实性等。若内容或图片侵犯您的权益，请及时联系本站删除。侵权投诉联系：  nick.zong@aspencore.com！
锂电联盟会长 研发材料，应用科技
评论
  • 紫光展锐联合上汽海外发布量产车型，赋能汽车智能化
    当前，智能汽车产业迎来重大变局，随着人工智能、5G、大数据等新一代信息技术的迅猛发展，智能网联汽车正呈现强劲发展势头。11月26日，在2024紫光展锐全球合作伙伴大会汽车电子生态论坛上，紫光展锐与上汽海外出行联合发布搭载紫光展锐A7870的上汽海外MG量产车型，并发布A7710系列UWB数字钥匙解决方案平台，可应用于数字钥匙、活体检测、脚踢雷达、自动泊车等多种智能汽车场景。 联合发布量产车型，推动汽车智能化出海紫光展锐与上汽海外出行达成战略合作，联合发布搭载紫光展锐A7870的量产车型
    紫光展锐 2024-12-03 11:38 101浏览
  • 简析光耦的基本原理和其在光伏逆变器产品中的重要作用
    光伏逆变器是一种高效的能量转换设备，它能够将光伏太阳能板（PV）产生的不稳定的直流电压转换成与市电频率同步的交流电。这种转换后的电能不仅可以回馈至商用输电网络，还能供独立电网系统使用。光伏逆变器在商业光伏储能电站和家庭独立储能系统等应用领域中得到了广泛的应用。光耦合器，以其高速信号传输、出色的共模抑制比以及单向信号传输和光电隔离的特性，在光伏逆变器中扮演着至关重要的角色。它确保了系统的安全隔离、干扰的有效隔离以及通信信号的精准传输。光耦合器的使用不仅提高了系统的稳定性和安全性，而且由于其低功耗的
    晶台光耦 2024-12-02 10:40 120浏览
  • 温度传感器精度的影响因素
            温度传感器的精度受哪些因素影响，要先看所用的温度传感器输出哪种信号，不同信号输出的温度传感器影响精度的因素也不同。        现在常用的温度传感器输出信号有以下几种：电阻信号、电流信号、电压信号、数字信号等。以输出电阻信号的温度传感器为例，还细分为正温度系数温度传感器和负温度系数温度传感器，常用的铂电阻PT100/1000温度传感器就是正温度系数，就是说随着温度的升高，输出的电阻值会增大。对于输出
    锦正茂科技 2024-12-03 11:50 106浏览
  • 戴上XR眼镜去"追龙"！《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕
    戴上XR眼镜去“追龙”是种什么体验？2024年11月30日，由上海自然博物馆（上海科技馆分馆）与三湘印象联合出品、三湘印象旗下观印象艺术发展有限公司（下简称“观印象”）承制的《又见恐龙》XR嘉年华在上海自然博物馆重磅开幕。该体验项目将于12月1日正式对公众开放，持续至2025年3月30日。双向奔赴，恐龙IP撞上元宇宙不久前，上海市经济和信息化委员会等部门联合印发了《上海市超高清视听产业发展行动方案》，特别提到“支持博物馆、主题乐园等场所推动超高清视听技术应用，丰富线下文旅消费体验”。作为上海自然
    电子与消费 2024-11-30 22:03 98浏览
  • 12-2学习笔记
    11-29学习笔记11-29学习笔记习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习笔记&记录学习习笔记&记学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&学习学习笔记&记录学习学习笔记&记录学习学习笔记&记
    youyeye 2024-12-02 23:58 71浏览
  • 比较器检测模拟脉冲说明（四）
    概述 说明（三）探讨的是比较器一般带有滞回（Hysteresis）功能，为了解决输入信号转换速率不够的问题。前文还提到，即便使能滞回（Hysteresis）功能，还是无法解决SiPM读出测试系统需要解决的问题。本文在说明（三）的基础上，继续探讨为SiPM读出测试系统寻求合适的模拟脉冲检出方案。前四代SiPM使用的高速比较器指标缺陷 由于前端模拟信号属于典型的指数脉冲，所以下降沿转换速率（Slew Rate）过慢，导致比较器检出出现不必要的问题。尽管比较器可以使能滞回（Hysteresis）模块功
    coyoo 2024-12-03 12:20 108浏览
  • 豹8出圈，比亚迪高端化稳了？
    最近几年，新能源汽车愈发受到消费者的青睐，其销量也是一路走高。据中汽协公布的数据显示，2024年10月，新能源汽车产销分别完成146.3万辆和143万辆，同比分别增长48%和49.6%。而结合各家新能源车企所公布的销量数据来看，比亚迪再度夺得了销冠宝座，其10月新能源汽车销量达到了502657辆，同比增长66.53%。众所周知，比亚迪是新能源汽车领域的重要参与者，其一举一动向来为外界所关注。日前，比亚迪汽车旗下品牌方程豹汽车推出了新车方程豹豹8，该款车型一上市就迅速吸引了消费者的目光，成为SUV
    刘旷 2024-12-02 09:32 119浏览
  • RDDI-DAP错误
    RDDI-DAP错误通常与调试接口相关，特别是在使用CMSIS-DAP协议进行嵌入式系统开发时。以下是一些可能的原因和解决方法： 1. 硬件连接问题：     检查调试器（如ST-Link）与目标板之间的连接是否牢固。     确保所有必要的引脚都已正确连接，没有松动或短路。 2. 电源问题：     确保目标板和调试器都有足够的电源供应。     检查电源电压是否符合目标板的规格要求。 3. 固件问题： &n
    丙丁先生 2024-12-01 17:37 100浏览
  • 工控板方案中，哪些功能可以通过USB扩展出来？
    作为优秀工程师的你，已身经百战、阅板无数！请先醒醒，新的项目来了，这是一个既要、又要、还要的产品需求，ARM核心板中一个处理器怎么能实现这么丰富的外围接口？踌躇之际，你偶阅此文。于是，“潘多拉”的魔盒打开了！没错，USB资源就是你打开新世界得钥匙，它能做哪些扩展呢？1.1  USB扩网口通用ARM处理器大多带两路网口，如果项目中有多路网路接口的需求，一般会选择在主板外部加交换机/路由器。当然，出于成本考虑，也可以将Switch芯片集成到ARM核心板或底板上，如KSZ9897、
    万象奥科 2024-12-03 10:24 68浏览
  • 基于TOF微型多区激光传感器在MCU上的AI手势识别
    TOF多区传感器： ND06   ND06是一款微型多区高集成度ToF测距传感器，其支持24个区域（6 x 4）同步测距，测距范围远达5m，具有测距范围广、精度高、测距稳定等特点。适用于投影仪的无感自动对焦和梯形校正、AIoT、手势识别、智能面板和智能灯具等多种场景。                 如果用ND06进行手势识别，只需要经过三个步骤： 第一步&
    esad0 2024-12-04 11:20 50浏览
  • 瑞芯微方案主板Linux修改系统串口波特率教程，触觉智能RK3562开发板演示
    遇到部分串口工具不支持1500000波特率，这时候就需要进行修改，本文以触觉智能RK3562开发板修改系统波特率为115200为例，介绍瑞芯微方案主板Linux修改系统串口波特率教程。温馨提示：瑞芯微方案主板/开发板串口波特率只支持115200或1500000。修改Loader打印波特率查看对应芯片的MINIALL.ini确定要修改的bin文件#查看对应芯片的MINIALL.ini cat rkbin/RKBOOT/RK3562MINIALL.ini修改uart baudrate参数修改以下目
    Industio_触觉智能 2024-12-03 11:28 84浏览
我要评论
0
点击右上角，分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦