纳米金属氧化物对正极/电解液界面膜形成及锂离子迁移过程强化的调控机制

Fast charging/discharging performance of lithium ion batteries is one of the bottlenecks of its large-scale application. One important way to improve fast charging/discharging performances of lithium ion batteries is to enhance lithium ion transport through cathode/electrolyte interfaces (CEIs). This project intends to study regulatory effect of nano metal oxide on cathode/electrolyte interfaces. Coupling microscopic first principle calculation with mesoscopic reaction kinetics, mechanisms of existing form and distribution of nano metal oxide on CEIs toward lithium ion desolvation are investigated. The influence of nano metal oxide on lithium ion transport through CEIs has been researched in meso-scale using multi-physics simulation combined with insitu & exsitu testing methods, to reveal the strengthening effect of nano metal oxide on high rate charging/discharging lithium ion batteries. The effect of nano metal oxide act on CEI formation kinetics under different voltage window is investigated to illustrate its regulation mechanism on CEI formation and battery cyclic performance improvement. The implementation of this project will provide fundamental theory for novel cathode materials, and provide new design techniques toward lithium ion batteries with high fast charging/discharging performances.

锂离子电池的快速充放电性能是制约其规模化利用的瓶颈之一。强化正极/电解液界面上锂离子的迁移过程是提升锂离子电池快速充放电性能的重要途径。针对纳米金属氧化物对正极/电解液界面的调控作用，本项目拟采用将微观尺度的第一性原理与介观尺度的反应动力学相结合的耦合分析测试方法，系统探究正极/电解液界面上纳米金属氧化物的形态和分布等特性对锂离子去溶剂化过程的作用机制；采用多物理场耦合模拟计算与原位、非原位测试相结合的方法，在介观尺度上，研究纳米金属氧化物对正极/电解液界面上锂离子迁移行为的影响，揭示界面上纳米金属氧化物对电池高倍率充放电时锂离子迁移速率的强化机制；研究纳米金属氧化物在不同电压窗口下对正极/电解液界面成膜反应动力学的作用机理，阐明纳米金属氧化物对界面成膜反应及电池循环性能提升的调控机制。本项目研究成果将为新型正极材料的构筑提供基础理论支撑，并为具有快速充放电性能的锂离子电池设计提供新途径。

锂离子电池的快速充放电性能是制约其规模化利用的瓶颈之一。强化正极/电解液界面上锂离子的迁移过程是提升锂离子电池快速充放电性能的重要途径。针对纳米金属氧化物对正极/电解液界面的调控作用，本项目通过分别对磷酸铁锂和高电压镍锰酸锂正极进行纳米金属氧化物界面修饰，测试其结构和表面形貌的变化情况对正极电化学性能的影响，研究纳米金属氧化物对正极/电解液界面上锂离子迁移行为的影响，揭示界面上纳米金属氧化物对电池高倍率充放电时锂离子迁移速率的强化机制；研究纳米金属氧化物在不同电压窗口下对正极/电解液界面成膜反应动力学的作用机理，阐明纳米金属氧化物对界面成膜反应及电池循环性能提升的调控机制。本项目研究成果为新型正极材料的构筑提供基础理论支撑，并为具有快速充放电性能的锂离子电池设计提供新途径。