従来のリチウムイオン電池材料は、主にリチウム含有遷移金属酸化物であり、その再生能力は、主に、酸化還元プロセスにおける遷移金属元素に依存して、従来のLiCoO 2例えば、1molの電子を移動させることができるときに完全に脱リチウム化された材料、LiCoO 2分子量は式Cに従って97.8g / molである 0= 26.8nm / M、LiCoOを計算することができる 2理論的な材料容量は273.8mAh / gであり、正極材料の容量を制限することにより、より多くの電子を供給するための重要な要素となることを意味している。遷移金属元素は電子を供給できるが、O元素は実際、リチウムが豊富な材料のO元素は、充電中に電子を失う傾向が非常にありますが、結果として生じる容量は、主に酸化されたO原子が最終的に変化するため、しばしば不可逆的ですO 2失われ、リチウムリッチ材料の不可逆的相転移をもたらす。
上記の説明から、我々はリチウムが豊富な材料の容量があっても3回を倍増たりするように、1-2追加の電子を提供することができリチウムが豊富な材料の反応に関与O要素を聞かせて、参照が、Oを解決する必要がありますすることができます安定性の問題を避ける 2-Oに変更 2最近容量の損失をもたらした、米国Argonne国立研究所春Zhanは李を渡した 5FeO 4材料研究の反応メカニズムは、3.8Vでの材料の充電電圧制御が、O 2-可逆的酸化は、Oを解放しません 2、さらにLiを改善する 5FeO 4材料の安定性は推奨をしました。
一般に、Li 5FeO 4理論容量700mAh / gの最大、しかし、その可逆性の材料が悪いですが、正極材料として使用することは困難であるが、それは、Liいっぱいでした 5FeO 4材料の可逆容量は、リチウムイオン電池の第1の効率を顕著に改善するカソードリチウム添加材料として使用される。
李 5FeO 4陰極材料としての材料は、充電プロセスにおける相転移メカニズムの理解を必要とする低可逆容量の問題を解決しなければならない。上記のLi 5FeO 4材料の結晶構造、図bは材料の最初の充放電曲線であり、最初の充電中に2つの電圧プラットフォームの近くで3.5Vおよび4.0Vで現れることがわかり、これら2つのプラットフォームの放電プロセス消失し、2.2Vおよび1.5V付近に2つの非常に狭い電圧プラットフォームが現れ、充電および放電中の物質の不可逆的相転移を示した.XRD分析によりLi 5FeO 4材料相変化プロセス、約3.5V Li 5FeO 4材料から2 Liを取る +その後、Li 5FeO 4材料の結晶構造は、抗蛍石構造から無秩序な岩塩構造に変化し、電荷は4.0Vまで連続的に充電され、Li +また、秩序だった岩塩構造の数は増加を続けており、充電を続けるとLi +の除去量が増加し続け、岩塩の構造が消滅し始め、XRD回折曲線は滑らかな曲線すべての特徴的なピークも消えた。
高分解能TEM画像は、Liが充電されていないことを示している 5FeO 4この材料は、直径が約1μmで良好な結晶性を有するが、最終的に、大きな粒子は、充電が完了した後、約10nmの直径を有するより小さな粒子に変換される。
反応プロセス中のFe価数のXANES分析を用いて、3.5Vまで充電すると、Li 5FeO 4材料は2つのLiを終了する +、Fe 3+鉄そのリチウムを示唆している（3 + X）+（xは約0.5である）に変換します 5FeO 4材料の他の反応に関与する要素、又は他のFe 2価のFe元素の価数が増加しない、充電過程においてさらに増加されるべきであるが、そこに低減され、これは、他の材料を記載しました元素酸化反応は、Liで（発生します 5FeO 4鉄元素を酸化することができるOの材料）に加えて、あろう。また、充電時に発生するガスの分析は3.5V、高圧少量の周りで、反応に関与するO-素子の充電時に4.0Vまで充電することを示しています空気圧が急速に上昇するとき。DEMSデータは、3.5Vの時に各電子プラットフォームは0.1 O2の解放につながることを示しているが、4.0Vのときに、各電子は0.3 Oを引き起こす可能性があります 2リリース
分析後、Chun ZhanはLiを考える 5FeO 44つのLi +を出る材料の反応は、以下の式
Liが計算されたときの計算 5FeO 4材料は3.5V、部分Oに充電 2-Oに酸化される。 -、1つのO-および6つのLi +Li6-O空間構造の形成、Oのこの部分のさらなる電荷は、さらに酸化されてO 0、これは全反応過程の不可逆的変化をもたらす 5FeO 4材料の可逆性は、それは充電電圧を制限する必要があります。次の図は、充放電電圧は、バッテリの充電と放電のカーブ間の1-3.8Vのサイクルに制限されています（Li 5FeO 4Li +のみの材料）、この時点ではほとんどガスが見えませんが、充電電圧を4.0Vに上げると大量のガスが発生します。充電電圧が3.8Vに制限されていると、性能はサイクルしますが、4.7Vまでの充電はバッテリサイクルの性能に重大な影響を与えます。
李 5FeO 4以下に示すように、充電中の材料相の変化は、充電電圧が3.8Vに制御されたとき、充電プロセスの一部Fe 3+そして、O 2-可逆的に酸化されてFe 4+そして、O -さらに充電すると、O -それはさらにOに酸化される。 0、結果はO 2不可逆的に容量が失われます。
Chun Zhanによる研究研究Liについて語る 5FeO 4材料の動作原理は、深い理解を持って、私たちは異なる用途に応じて調整してみましょう李 5FeO 4材料を、例えばリチウム補充材料として使用すると、充電電圧を4.0V以上に上昇させることができ、Li +完全に脱出してLiを作る 5FeO 4物質はその活性を失い、後の反応にもはや関与しない 5FeO 4材料を正極材料として使用する場合、O - がOOにさらに還元されるのを防ぐために、充電電圧を3.8Vに制御する必要があり、その結果不可逆容量損失が生じる。 5FeO 4材料は、材料の容量およびサイクル性能をさらに向上させるために、材料内のLi 6 O構造を安定化させる方向を示す。
