Das traditionelle Lithium-Ionen-Batterie-Material ist hauptsächlich Lithium-haltiges Übergangsmetalloxid, seine Fähigkeit, hauptsächlich zu spielen, hängt von den Übergangsmetallelementen im Redox-Prozess ab, um die Anzahl der Elektronen zu dem traditionellen LiCoO freizusetzen 2Materialien, zum Beispiel vollständig delithiated, wenn sie in der Lage sind, 1 Mol Elektronen, LiCoO zu übertragen 2Das Molekulargewicht beträgt gemäß Gleichung C 97,8 g / mol 0= 26,8 nm / M, kann LiCoO berechnet werden 2Die theoretische Kapazität des Materials ist 273.8mAh / g, die bei der Begrenzung der Kapazität der Kathodenmaterialien ist ein wesentlicher Faktor ist, zu spielen, wie mehr Elektronen liefern. Da die elektronischen Übergangsmetallen liefern kann, begrenzt ist, dann ist man in der Lage, einen Teil der Elemente bereitzustellen O in einem lithiumreiche Material während des Aufladens Element O, elektronische? Tatsächlich verlieren Elektronen leicht oxidiert, aber die sich ergebende Kapazität ist oft irreversibel, vor allem weil das O-Atom oxidiert wird, oft Übergangsende O 2Es ist verloren, irreversible Lithium reiches Material Phasenübergang bewirkt.
Aus der obigen Beschreibung können wir 1-2 zusätzliche Elektronen in der Reaktion von Lithium-reichen Material beteiligt O-Elemente lassen, so dass die Kapazität des Lithium-reichen Materials, eine Verdoppelung oder sogar drei Mal sehen, zur Verfügung stellen kann, muss aber O lösen Vermeiden Sie Stabilitätsprobleme 2-Wechseln Sie zu O 2In letzter Zeit führte das Argonne National Laboratory Chun Zhan der Vereinigten Staaten Li 5FeO 4Der Reaktionsmechanismus der Materialstudie ergab, dass die Ladespannung Kontrolle des Materials bei 3,8 V, können Sie O erreichen 2-Reversible Oxidation, aber wird O nicht freisetzen 2Und um Li weiter zu verbessern 5FeO 4Die Stabilität des Materials gab Empfehlungen.
Im Allgemeinen, Li 5FeO 4Obwohl das Material auf einen theoretischen Kapazität 700mAh / g, aber wegen seiner Reversibilität schlecht ist, ist es schwierig, als ein positives Elektrodenmaterial zu verwenden, aber es war voll Li 5FeO 4Die reversible Kapazität des Materials ist gering, was als Kathodenlithium-Ergänzungsmaterial verwendet wird, was die erste Effizienz der Lithium-Ionen-Batterie bemerkenswert verbessert.
Li 5FeO 4Materialien als das Kathodenmaterial müssen das Problem der niedrigen reversiblen Kapazität lösen, was ein Verständnis des Phasenübergangsmechanismus in dem Ladeprozess erfordert. A ist oben Li 5FeO 4Die Kristallstruktur des Materials, Abbildung b ist die erste Lade-und Entladekurve des Materials, können wir sehen, dass während der ersten Ladung erscheint bei 3,5 V und 4,0 V in der Nähe der zwei Spannungsplattform und in der Entladung Prozess dieser beiden Plattformen Verschwunden, und zwei sehr enge Spannungsplattformen erschienen in der Nähe von 2,2 V und 1,5 V, was einen irreversiblen Phasenübergang des Materials während des Ladens und Entladens anzeigt. Die XRD-Analyse reduzierte die Ladung von Li 5FeO 4Materialphasenänderungsprozess, ungefähr 3.5V Li 5FeO 4Nimm 2 Li vom Material +Nachher, Li 5FeO 4Die Kristallstruktur Übergang von einer anti-Fluorit-Struktur ungeordnet Steinsalzstruktur, weiterhin in der Nähe von 4,0 V, Li off aufzuzuladen +Die Anzahl erreicht 2-2,5, mit fortgesetztem Wachstum in ungeordneter Steinsalzstruktur, wenn der Ladevorgang fortgesetzt wird, nimmt die Zahl der Li + Entfernen eine Steinsalzstruktur Störung zu erhöhen begann amorph zu verschwinden und schließlich werden, XRD-Beugungskurve zu einer glatten Kurve , Alle charakteristischen Spitzen verschwanden auch.
Hochauflösende TEM-Aufnahmen zeigen, wenn sie nicht Li aufgeladen 5FeO 4Materialdurchmesser beträgt etwa 1um gute Kristallinität der Körner, aber nach dem Ende der letzten Ladung, große Partikel werden zu einem kleineren Durchmesser des Partikels von etwa 10 nm umgewandelt.
Valenz von Fe im Verlauf der Reaktion durch XANES analysiert wurde, kann zum Zeitpunkt der Aufladung auf 3,5 V, Li gefunden werden 5FeO 4Material verlässt zwei Li +, Fe 3+Zu Fe (3 + x) + (x ist etwa 0,5), was Li anzeigt 5FeO 4Materialien andere Elemente an der Reaktion beteiligten oder auch die Wertigkeit von Fe 2 sind ferner in dem Ladevorgang erhöht werden, wird die Wertigkeit von Fe-Elemente erhöhen, aber es reduziert werden, beschrieben, auch andere Materialien Elementare Oxidationsreaktion trat auf (während in Li 5FeO 4Wird zusätzlich zu den Materialien von Fe sein Element oxidiert O werden kann). Die Analyse des Gases während des Ladens zeigt auch erzeugt, daß an der Reaktion beteiligt während des Aufladens des O-Element, bei etwa 3,5 V, eine kleine Menge von erhöhtem Druck, um 4,0 V aufgeladen wenn die Druckluft schnell ansteigen wird. DEMS Daten zeigen zum Zeitpunkt der 3,5V, dass jede elektronische Plattform zur Freisetzung von 0,1 O2 führen wird, sondern zu der Zeit der 4,0V, kann jedes Elektron verursacht 0,3 O 2Freigabe
Nach der Analyse denkt Chun Zhan Li 5FeO 4Die Reaktion von Material, das aus vier Li + austritt, ist in der folgenden Formel gezeigt
Berechnungen gefunden, wenn Li 5FeO 4Materialien geladen bis 3,5 V, Teil O 2-Wird zu O oxidiert. -Ein O- und sechs Li +Die Bildung der Li6-O-Raumstruktur, weitere Ladung dieses Teils von O-wird weiter zu O oxidiert 0, Was zur irreversiblen Veränderung des gesamten Reaktionsprozesses führt 5FeO 4Die Reversibilität des Materials, muss die Ladespannung begrenzen. Die folgende Abbildung ist die Lade - und Entladespannung ist auf 1-3.8V Zyklus zwischen der Batterie Lade - und Entladekurve begrenzt (Li 5FeO 4Material nur zwei Li +), Sie können fast kein Gas zu diesem Zeitpunkt sehen, aber eine große Menge an Gas wird erzeugt werden, wenn die Ladespannung auf 4,0 V erhöht wird. Wenn die Ladespannung auf 3,8 V begrenzt ist, relativ stabil Zyklusleistung, aber die Ladung auf 4,7 V wird die Leistung des Batteriezyklus ernsthaft beeinträchtigen.
Li 5FeO 4Material Phasenwechsel während des Ladevorgangs wie unten gezeigt, wenn die Ladespannung bei 3,8 V, Teil des Ladevorgangs Fe geregelt wird 3+Und O 2-Reversibel zu Fe oxidiert 4+Und O -Beim weiteren Laden, O -Es wird weiter zu O oxidiert. 0, Resultierend in O 2Dies führt zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust.
Forschungsarbeit von Chun Zhan Lass uns über Li sprechen 5FeO 4Das Arbeitsprinzip des Materials hat ein tiefgründiges Verständnis, lassen Sie uns nach verschiedenen Anwendungen anpassen Li 5FeO 4Bei Verwendung von Materialien, beispielsweise als Lithiumzusatzmaterial, kann die Ladespannung auf 4,0 V oder mehr erhöht werden, so dass der Li +Voll Prolaps und machen Li 5FeO 4Das Material verliert seine Aktivität und nimmt nicht mehr an Folgereaktionen teil 5FeO 4Wenn das Material als positives Elektrodenmaterial verwendet wird, muss die Ladespannung auf 3,8 V geregelt werden, um zu verhindern, dass O - weiter zu OO reduziert wird, was zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust führt. 5FeO 4Das Material zeigt die Richtung an - wie man die Li6-O-Struktur im Material stabilisiert, um die Kapazität und Zyklusleistung des Materials weiter zu verbessern.
