Le matériau de batterie lithium-ion traditionnel est principalement oxyde de métal de transition contenant du lithium, sa capacité à jouer dépend principalement des éléments de métal de transition dans le processus redox pour libérer le nombre d'électrons au LiCoO traditionnel 2Matériaux, par exemple, complètement délithiés lorsqu'ils sont capables de transférer 1mol d'électrons, LiCoO 2Le poids moléculaire est de 97,8 g / mol, selon l'équation C 0= 26,8nm / M, LiCoO peut être calculé 2La capacité théorique du matériau est 273.8mAh / g, qui est un facteur essentiel dans la limitation de la capacité des matériaux de cathode à jouer est la façon de fournir plus d'électrons. Etant donné que les métaux de transition électronique peut fournir est limitée, alors on est en mesure de fournir une partie des éléments O électronique? en effet, dans un matériau riche en lithium lors de la charge élément O, perdre des électrons facilement oxydées, mais la capacité qui en résulte est souvent irréversible, principalement parce que l'atome d'oxygène est oxydé, finissent souvent transition O 2Perdu, entraînant une transition de phase irréversible du matériau riche en lithium.
Il n'est pas difficile de voir à partir de la description ci-dessus que laisser l'élément O participer à la réaction du matériau riche en lithium peut fournir un ou deux électrons supplémentaires, doublant ainsi la capacité du matériau riche en lithium même trois fois. Évitez les problèmes de stabilité 2-Changer pour O 2, Résultant de la perte de capacité récemment, le laboratoire national américain Argonne Chun Zhan a passé Li 5FeO 4Le mécanisme de réaction de l'étude de matériel a constaté que le contrôle de tension de charge du matériel à 3.8V, vous pouvez réaliser O 2-Oxydation réversible, mais ne libèrera pas O 2Et pour améliorer encore Li 5FeO 4La stabilité du matériau a fait des recommandations.
En général, Li 5FeO 4Bien que la capacité théorique du matériau soit aussi élevée que 700 mAh / g, il est difficile d'être utilisé comme matériau de cathode en raison de sa mauvaise réversibilité, mais certaines personnes utilisent aussi pleinement Li 5FeO 4Les caractéristiques du matériau à faible capacité réversible, qui a été utilisé en tant que supplément matériau d'électrode positive de lithium, d'améliorer sensiblement l'efficacité de la première batterie au lithium-ion.
Li 5FeO 4Matériau comme matériau de cathode doit être résolu réversibles des problèmes de faible capacité, qui ont besoin de comprendre sa composition au cours du mécanisme de transition de phase de charge. La figure est une Li 5FeO 4Structure cristalline du matériau, le premier panneau B est une courbe de charge-décharge de la matière peut être vu, deux tensions se produisent au voisinage de 3.5V et 4.0V Internet au cours de la première charge, et pendant la décharge des deux plates-formes disparu, il y a eu deux plateau de tension très étroite autour de 2,2V et 1,5V, ce qui indique que le matériau transformation de phase irréversible au cours de charge et de décharge. Une analyse XRD de la réduction de Li lors de la charge 5FeO 4Processus de changement de phase matériel, environ 3.5V Li 5FeO 4Prenez 2 Li du matériel +Après, Li 5FeO 4La transition de la structure cristalline d'une structure anti-fluorite est structure désordonnée de sel gemme, de continuer à charger au voisinage de 4.0V, Li off +Le nombre a atteint 2-2,5, avec une croissance continue structure de sel gemme désordonnée, lorsque la charge se poursuit, le nombre de retrait Li + continue d'augmenter, un trouble de la structure de sel gemme a commencé à disparaître et devenir amorphe, la courbe de diffraction XRD dans une courbe lisse , Tous les pics caractéristiques ont également disparu.
Haute résolution des images TEM montrent, lorsqu'ils ne sont pas chargés Li 5FeO 4diamètre matériau est d'environ 1um bonne cristallinité des granulés, mais après la fin de la dernière charge, les grosses particules sont converties en un plus petit diamètre des particules d'environ 10 nm.
Valence de Fe au cours de la réaction a été analysée par XANES, se trouve au moment de la charge de 3,5V, Li 5FeO 4Le matériel sort deux Li +, Fe 3+À Fe (3 + x) + (x est environ 0,5), indiquant Li 5FeO 4Il y a d'autres éléments dans le matériau pour participer à la réaction, sinon la valence de Fe devrait être augmentée à ce moment 2. Dans le processus de charge supplémentaire, la valence de Fe ne monte pas, mais semble diminuer, ce qui montre aussi que l'autre La réaction d'oxydation élémentaire s'est produite (alors que Li 5FeO 4Le matériau à l'exception de l'élément Fe ne peut qu'être oxydé.) L'analyse du gaz généré pendant la charge montre également que l'élément O impliqué dans le processus de réaction, à environ 3,5V, une légère augmentation de la pression, charge à 4,0V La pression augmente rapidement, les données DEMS montrent que 0.1E1 est libéré par électron sur la plate-forme 3.5V, mais à 4.0V chaque électron peut provoquer 0.3 O 2Libération
Après analyse, Chun Zhan pense Li 5FeO 4La réaction du matériau sortant de quatre Li + est indiquée dans la formule suivante
Calculs trouvés quand Li 5FeO 4Matériaux chargés à 3,5 V, partie O 2-Sera oxydé en O. -, Un O- et six Li +La formation de la structure spatiale de Li6-O, autre charge de cette partie de O-sera oxydée en O 0, Ce qui conduit à la modification irréversible de l'ensemble du processus de réaction 5FeO 4La réversibilité du matériel, il doit limiter la tension de charge. La figure suivante est la tension de charge et de décharge est limitée au cycle 1-3.8V entre la charge de batterie et la courbe de décharge (Li 5FeO 4Matériel seulement deux Li +), vous pouvez voir presque aucun gaz à ce moment, mais une grande quantité de gaz sera générée lorsque la tension de charge est élevée à 4,0 V. Lorsque la tension de charge est limitée à 3,8V, une relativement stable Cycle de performance, mais la charge à 4,7 V affectera sérieusement les performances du cycle de la batterie.
Li 5FeO 4Changement de phase du matériel pendant la charge comme indiqué ci-dessous, lorsque la tension de charge est contrôlée à 3,8 V, une partie du processus de charge Fe 3+Et O 2-Réversiblement oxydé en Fe 4+Et O -Lors de la recharge, O -Il sera encore oxydé en O. 0, Résultant en O 2, Entraînant une perte de capacité irréversible.
Travail de recherche par Chun Zhan Parlons de Li 5FeO 4Le principe de fonctionnement du matériel a une compréhension profonde, ajustons-nous en fonction des différentes utilisations Li 5FeO 4L'utilisation de matériaux, par exemple, comme un matériau de supplément de lithium, la tension de charge peut être augmentée à 4.0V ou plus, de sorte que le Li +Entièrement prolapsus et faire Li 5FeO 4Le matériau perd son activité et ne participe plus aux réactions suivantes 5FeO 4Lorsque le matériau est utilisé comme matériau d 'électrode positive, la tension de charge doit être contrôlée à 3,8 V pour éviter que l' O - soit réduit davantage à OO, ce qui entraîne une perte de capacité irréversible. 5FeO 4Le matériau indique la direction - comment stabiliser la structure Li6-O dans le matériau pour améliorer encore la capacité du matériau et les performances du cycle.
