Las baterías de litio-ion desde la invención ha entrado en el campo de nuestras vidas, nuestra vida moderna tuvo un impacto profundo.Liquid baterías principalmente por el cátodo, ánodo y electrolito y otros componentes clave en el proceso de carga, Li Desde el electrodo positivo, a través de la propagación de electrolito a la superficie negativa, y se incrusta en la estructura de cristal negativo, el proceso de descarga es justo lo contrario. Aunque la batería de iones de litio después de años de desarrollo, todavía enfrenta muchos desafíos, como la negativa dendrita de litio Problemas, la estabilidad térmica de los problemas positivos, incluyendo la aparición reciente de todas las baterías de litio de metal de estado sólido, las baterías de litio-ion de película delgada en el uso del proceso se enfrentan a una variedad de problemas, sino porque la batería de iones de litio es un sistema cerrado, Nos faltan las herramientas de investigación fuertes sobre el mecanismo de estos problemas en las baterías de iones de litio, por lo que sabemos más acerca de estos problemas es permanecer sobre la base de la investigación teórica, en los últimos años, la tecnología de detección in situ para nuestra investigación Baterías de iones de litio dentro del mecanismo de estos problemas para abrir una nueva ventana.
La microscopía electrónica de transmisión in situ (TEM) es una poderosa herramienta para estudiar el mecanismo de reacción interno de las baterías de iones de litio en los últimos años, especialmente para la estructura de los materiales positivos y negativos, la estabilidad térmica y la estabilidad del electrodo y la interfase electrolítica. El
En general, Li + en el mecanismo de almacenamiento de la batería de iones de litio se divide en tres categorías: 1) incrustado, 2) aleación, 3) la reacción de conversión.La reacción de inducción, se refiere principalmente a la Li + incrustado en el material activo, La aleación Li-A se hace reaccionar directamente con el elemento metálico A (tal como Si, Ge, Sn, etc.), y la reacción de conversión se refiere a Li y el compuesto binario MX (M se refiere principalmente al compuesto Es el elemento de metal de transición Fe, Co, Cu, etc, X es principalmente S, O, F y otros elementos) para producir MO y LiX.Tres tipos de mecanismo de reacción es diferente, por lo que el material activo es también muy diferentes materiales, in situ microscopía electrónica de transmisión Puede ayudarnos a entender mejor el mecanismo de las tres reacciones anteriores.
Para la reacción incrustada, idealmente, cuando Li + está incrustado en el material del material activo, la estructura del material no debería cambiar significativamente, pero en la práctica, el material del cátodo tiende a causar La estructura de la inestabilidad, causando la estructura se derrumbó, resultando en una rápida disminución de la capacidad de MnO 2Por ejemplo, MnO 2Hay un canal de difusión Li + unidimensional en el interior, y la existencia del efecto John-Teller produce una expansión de volumen irregular en el proceso de intercalación, lo que conduce a la inestabilidad estructural.Esta expansión desigual reduce el MnO 2En el uso real de la capacidad de jugar.
Somos comunes 4Los estudios de luminiscencia in situ han encontrado que hay muchos límites disueltos o de dos fases (LFP / FP) en materiales LFP parcialmente intercalados, lo que conduce a LFP (LFP) Del deterioro del rendimiento del ciclo, que es mejorar el rendimiento de los materiales LFP necesidad de prestar atención al problema.
La reacción de aleación más común es el electrodo negativo Si, a través de la reacción de aleación de Li y Si, puede obtener 4200mAh / g de capacidad, pero el material de silicio también se enfrenta con el polvo de dopaje y disminución de la capacidad y otros temas. Tenemos una buena razón para revelar el mecanismo de falla de material Si, lo que resulta en mecanismo de falla de material Si incluye litio inducida amorfa, materiales rotos, la intercalación autolimitada de litio, intercalación desigual de litio intercalación interfacial y litio, Estos hallazgos proporcionan una nueva idea para el diseño de electrodos negativos de aleación de alta estabilidad.A través de la modificación de superficie y la tecnología nanométrica, la estabilidad estructural y la capacidad de retención del ánodo de aleación de Si han mejorado mucho.
4.4Li ++ 4.4e- + Si = Li4.4Si
Los óxidos de metales de transición, los materiales de sulfuro MX (como MoS2, etc.) también están emergiendo materiales de electrodos negativos de alta capacidad en los últimos años, pero el LiX producido por la reacción de intercalación tiene una alta reactividad, lo que conduce a reacciones heterogéneas que pueden causar baja eficiencia Se muestra que el mecanismo de intercalación de la microscopía electrónica de transformación in situ de material MX muestra que las nanopartículas del elemento de metal de transición M se formarán en el proceso de intercalación, En el proceso de reacción inversa, las nanopartículas M a menudo no pueden ser oxidados al estado de valencia inicial, que también dio lugar a material MX por primera vez la eficiencia de Kurun es muy baja.Al mismo tiempo en el proceso repetido de litio y de litio, dará lugar a fragmentos de material, Resultando en la continua disminución de la capacidad del material.
La modificación compuesta y estructural del material es un método eficaz para mejorar el rendimiento del material de electrodo en la actualidad, pero no hemos estudiado el mecanismo del material de electrodo y la microscopía electrónica de transmisión in situ ha proporcionado un mecanismo muy potente para estudiar el mecanismo de estos métodos de modificación La herramienta.
El estudio de microscopía electrónica de transmisión in situ (TEM) muestra que el mecanismo de este método está compuesto principalmente por dos: en primer lugar, el material compuesto puede suprimir el volumen de Si La expansión, para mantener la estabilidad de la película SEI, seguida de materiales compuestos para la difusión e / Li +, proporciona un mejor canal de difusión.
Con la mejora continua de la densidad de energía de las baterías de litio-ion, la estabilidad térmica se ha convertido en el foco de nuestra atención, especialmente la batería de energía, la estabilidad térmica para la seguridad de la batería tiene un impacto intuitivo e importante, La investigación es particularmente importante.
Tomando el NCA común (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2) como un ejemplo, se encontró que cuando se calienta a 450 ℃, la estructura cristalina del material cambió de laminar a la estructura de roca de sal, y la superficie de las partículas apareció La liberación de O activo microporosa y activa, estudios adicionales han demostrado que la liberación de O activo se debe principalmente a la reducción de Ni, que conduce además a una disminución en la estabilidad de los elementos Mn y Co.
El microscopio electrónico de transmisión (TEM) in situ puede utilizarse para estudiar el crecimiento de películas SEI y recubrimientos de Li y dendritas, por ejemplo, las películas SEI muestran que las películas SEI La formación de la película SEI se ve afectada por la descomposición del componente electrolítico y el electrodo, y estos estudios nos proporcionan la comprensión de que la deposición de Li Y el crecimiento de la película SEI para mejorar la información importante, con el fin de resolver los problemas relacionados, mejorar la vida de la batería de iones de litio proporciona una nueva forma de pensar.
El desarrollo de la microscopía electrónica de transmisión in situ proporciona una potente herramienta para comprender los mecanismos de las diversas reacciones en las baterías de iones de litio y la comprensión del mecanismo de reacción puede a su vez ayudarnos a mejorar continuamente el rendimiento del material del electrodo.
