المواد بطارية ليثيوم أيون التقليدية هي أساسا التي تحتوي على الليثيوم أكسيد المعادن الانتقالية، قدرته على اللعب يعتمد أساسا على العناصر المعدنية الانتقالية في عملية الأكسدة للافراج عن عدد من الإلكترونات إلى ليكو التقليدية 2المواد، على سبيل المثال، ديليثياتد تماما عندما قادرة على نقل 1mol من الإلكترونات، ليكو 2الوزن الجزيئي هو 97.8 غرام / مول، وفقا للمعادلة C 0= 26.8nm / M، يمكن حساب ليكو 2القدرة النظرية للمادة 273.8mAh / ز، وهو ما يعني أن الحد من قدرة المواد الكاثود للعب عاملا رئيسيا في كيفية توفير المزيد من الإلكترونات.على الرغم من أن العناصر المعدنية الانتقالية يمكن أن توفر الإلكترونات محدودة، ثم عنصر O يمكن أن توفر جزءا من في الواقع، عنصر O في المواد الغنية بالليثيوم عرضة جدا لفقدان الإلكترونات أثناء الشحن، ولكن القدرة الناتجة في كثير من الأحيان لا رجعة فيه، وذلك أساسا لأن ذرات O المؤكسدة تتغير في نهاية المطاف غير O 2فقدت، مما أدى إلى مرحلة لا رجعة فيها الانتقال من المواد الغنية الليثيوم.
ليس من الصعب أن نرى من الوصف أعلاه أن السماح للعنصر O المشاركة في رد فعل المواد الغنية الليثيوم يمكن أن توفر اضافية 1-2 الإلكترونات، وبالتالي مضاعفة قدرة المواد الغنية بالليثيوم حتى ثلاث مرات، ومع ذلك، تجنب مشاكل الاستقرار 2-تغيير إلى O 2، مما أدى إلى فقدان القدرات مؤخرا، مرت الولايات المتحدة أرغون المختبر الوطني تشون زان لي 5فيو 4وجدت آلية التفاعل للدراسة المادية أن السيطرة الجهد الشحن من المواد في 3.8V، يمكنك تحقيق O 2-الأكسدة عكسها، ولكن لن تفرج O 2، ومواصلة تحسين لي 5فيو 4استقرار المواد قدمت توصيات.
بشكل عام، لى 5فيو 4على الرغم من أن القدرة النظرية للمادة تصل إلى 700 ماه / ز، فمن الصعب أن تستخدم كمادة الكاثود بسبب ضعفها عكس، ولكن بعض الناس أيضا الاستفادة الكاملة من لي 5فيو 4القدرة عكسها من المواد منخفضة، والذي يستخدم كمادة الكاثود الليثيوم الملحق، مما يحسن بشكل ملحوظ الكفاءة الأولى من بطارية ليثيوم أيون.
لي 5فيو 4المواد والمواد الكاثود يجب أن تحل مشكلة انخفاض القدرة عكسها، الأمر الذي يتطلب فهم آلية المرحلة الانتقالية في عملية الشحن.أعلاه هو لي 5فيو 4التركيب البلوري للمادة، الفريق الأول ب هو يمكن أن ينظر إلى منحنى المسؤول عن تصريف هذه المواد، تحدث اثنان الفولتية في محيط 3.5V والانترنت 4.0V خلال التهمة الأولى، وأثناء التفريغ من منصات اثنين اختفى، كانت هناك اثنين ضيقة جدا هضبة الجهد حول 2.2V و 1.5V، مشيرا إلى أن المواد التحول مرحلة لا رجعة فيه أثناء الشحن والتفريغ. تحليل XRD من خفض لي أثناء الشحن 5فيو 4عملية تغيير المرحلة المادية، حول 3.5V لى 5فيو 4خذ 2 لي قبالة المواد +بعد، لى 5فيو 4هيكل الكريستال من المواد تغيرت من هيكل مضاد للفلوريت إلى هيكل الملح الصخري المختلين، واتهم تهمة باستمرار إلى 4.0V، و لي +واستمر في زيادة عدد هياكل الملح الصخري التي لم يتم ترتيبها، وعندما استمر الشحن، استمر ارتفاع كمية لي + إزالتها، وبدأ هيكل الملح الصخري المختلف في الاختفاء، وأخيرا تحول منحنى الانعراج زرد إلى منحنى سلس ، كما اختفى كل قمم مميزة.
عالية الدقة الصور تيم تبين أن لي لا تهمة 5فيو 4المادة حوالي 1 ميكرون في القطر مع التبلور جيدة، ولكن في نهاية المطاف يتم تحويل الجزيئات الكبيرة إلى جزيئات أصغر يبلغ قطرها حوالي 10 نانومتر بعد اكتمال الشحن.
باستخدام تحليل زانس من تكافؤ الحديد خلال عملية التفاعل، ويمكن الاطلاع على أنه عند الشحن إلى 3.5V، لي 5فيو 4مخارج المواد اثنين لي +، في 3+إلى الحديد (3 + س) + (س حوالي 0.5)، مشيرا لي 5فيو 4هناك عناصر أخرى في المادة للمشاركة في رد الفعل، وإلا فإن تكافؤ الحديد ينبغي أن يزداد في هذا الوقت 2. في عملية الشحن إضافية، تكافؤ عنصر الحديد لا يرتفع، ولكن بدلا من ذلك يبدو أن الانخفاض، مما يدل أيضا على أن الآخر حدث تفاعل الأكسدة عنصري (بينما في لي 5فيو 4المواد باستثناء عنصر الحديد سيكون فقط O عنصر يمكن أكسدة.) تحليل الغاز ولدت أثناء الشحن يظهر أيضا أن العنصر O المشاركة في عملية التفاعل، في حوالي 3.5V، زيادة طفيفة في الضغط، شحن إلى 4.0V الضغط يرتفع بسرعة.تظهر بيانات ديمس أن 0.1E1 يتم تحريرها في الإلكترون على منصة 3.5V، ولكن في 4.0V كل إلكترون يمكن أن يسبب 0.3 O 2الافراج عنهم.
بعد التحليل، تشون زان يعتقد لي 5فيو 4يظهر رد فعل المادة الخروج من أربعة لي + في الصيغة التالية
الحسابات وجدت عندما لي 5فيو 4المواد المفروضة على 3.5V، الجزء O 2-سيتم أكسدة ل O. -، واحد O- وستة لي +وتشكيل هيكل الفضاء Li6-O، مزيد من تهمة هذا الجزء من O- سوف تتأكسد أكثر إلى O 0، مما يؤدي إلى تغيير لا رجعة فيه من عملية التفاعل بأكملها 5فيو 4عكسية المواد، فإنه يجب الحد من الجهد الشحن. الشكل التالي هو تهمة والتفريغ الجهد يقتصر على 1-3.8v دورة بين شحن البطارية ومنحنى التفريغ (لي 5فيو 4المواد اثنين فقط من لي)، يمكنك أن ترى أن ما يقرب من أي توليد الغاز في هذا الوقت، ولكن سوف تزيد من شحن الجهد إلى 4.0V، وسوف تنتج كمية كبيرة من الغاز عندما يقتصر الجهد الشحن إلى 3.8V، يمكنك الحصول على مستقرة نسبيا أداء دورة، ولكن التهمة إلى 4.7V سوف تؤثر تأثيرا خطيرا على أداء دورة البطارية.
لي 5فيو 4تغيير مرحلة المواد أثناء الشحن كما هو مبين أدناه، عندما يتم التحكم في الجهد الشحن في 3.8V، وهي جزء من عملية الشحن الحديد 3+و O 2-يتأكسد عكسيا إلى الحديد 4+و O -عند مزيد من الشحن، O -وسوف يكون أكثر أكسدة ل O. 0، مما أدى إلى O 2، مما يؤدي إلى فقدان القدرة لا رجعة فيه.
العمل البحثي من قبل تشون زان دعونا نتحدث عن لي 5فيو 4مبدأ العمل من المواد لديها فهم عميق، دعونا ضبط وفقا لمختلف الاستخدامات لي 5فيو 4استخدام المواد، على سبيل المثال، كمادة ملحق الليثيوم، ويمكن زيادة الجهد الشحن إلى 4.0V أو أكثر، حتى أن لي +هبوط تماما وجعل لي 5فيو 4تفقد المادة نشاطها ولم تعد تشارك في ردود الفعل اللاحقة 5فيو 4عندما يتم استخدام المواد كمادة القطب الموجب، الجهد الشحن يحتاج إلى أن يسيطر على 3.8V لمنع O - من مزيد من خفض إلى و، مما أدى إلى فقدان القدرة لا رجعة فيه. 5فيو 4المواد تشير إلى الاتجاه - كيفية تحقيق الاستقرار في هيكل Li6-O في المواد لزيادة تعزيز قدرة المواد ودورة الأداء.
