揭示电池产气之谜：碳涂层助力磷酸铁锰锂电池突破循环寿命瓶颈。
随着电动汽车产业快速发展，市场对更高能量密度电池的需求日益迫切。传统磷酸铁锂电池已难以满足这一需求，而资源丰富、成本低廉的锰元素，为磷酸铁锰锂正极材料带来了希望。这类材料有望实现约250 Wh/kg的能量密度，且放电平台更高、成本更低，是下一代电池电极材料的有力候选者。然而，LFMP电池在使用中会产生包括可燃性氢气在内的大量气体，这不仅缩短了电池的循环寿命，更带来了严峻的安全挑战。尽管已有表面涂层、离子掺杂等常规策略，但电池失效和气体产生的根本机制，特别是循环过程中正极离子溶解与容量衰减的关联，仍不甚清晰，阻碍了材料的进一步优化。
近日，南京工业大学陈宇辉教授、中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所沈炎宾研究员合作系统地揭示了LFMP/石墨全电池中气体析出的详细机制，并提出了有效的改进方案。研究发现，电池产生的气体中超过90%为CO₂和H₂。CO₂源于LFMP正极处的副反应，电化学途径和化学途径贡献几乎各半。H₂则主要来源于石墨负极固体电解质界面处的化学副反应，且与从LFMP中溶解出的Mn/Fe离子密切相关。基于此，研究团队开发了一种具有致密碳层包覆的LFMP材料，该涂层将金属离子溶解抑制了一个数量级，并极大减少了两个电极上的副反应。最终，基于该材料的4.1Ah软包电池实现了超过540次的稳定循环，容量保持率超过90%。相关论文以“Unravelling gas evolution mechanisms in battery electrode materials”为题，发表在Nature Chemistry上。
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