전통적인 리튬 이온 배터리 소재는 주로 리튬 함유 전이 금속 산화물이며, 재생할 수있는 용량은 주로 기존의 LiCoO에 전자의 수를 방출하는 산화 환원 공정의 전이 금속 원소에 달려있다 2예를 들어, 전자는 1mol의 전자를 전달할 수있을 때 완전히 delithiated, LiCoO 2분자량은 방정식 C에 따라 97.8 g / mol이다. 0= 26.8nm / M, LiCoO를 계산할 수있다 2재료의 이론 용량은 O 제공 할 수있는 전자 전이 금속이 제한되기 때문이다. 더 많은 전자를 제공하는 방법이며, 다음 하나의 요소의 일부를 제공 할 수있는 재생 양극 활물질의 용량을 제한하는 주요 요인이다 273.8mAh / g이며 전자? 실제로 대전 소자 O 중 리튬 풍부 물질, 즉 쉽게 산화 전자를 잃고 있지만 결과 용량은 종종 전이 종료의 O 원자가 산화되어 주로 때문에 종종 비가역 O 2손실되어 리튬이 풍부한 물질의 비가 역적 상전이가 발생합니다.
상기 설명으로부터 O 원소가 리튬이 풍부한 재료의 반응에 참여하게함으로써 여분의 1-2 전자를 제공 할 수있어 리튬 리치 재료의 용량을 3 배로 두 배로 늘릴 수 있음을 알 수있다. 그러나, 안정성 문제 방지 2-O로 변경 2, 용량 손실 최근 결과, 미국 Argonne 국립 연구소 천 Zhan 리 전달 5FeO 4물질 연구의 반응 메커니즘은 3.8V에서 물질의 충전 전압 제어가 가능하다는 것을 발견했다. 2-뒤집을 수 있지만 O는 방출하지 않습니다. 2, 그리고 Li를 더 향상시키기 위해 5FeO 4재료의 안정성으로 인해 권장 사항이 만들어졌습니다.
일반적으로 Li 5FeO 4물질의 이론 용량은 700 mAh / g 정도로 높지만 가역성이 좋지 않아 음극 물질로 사용하기가 어렵지만 일부 사람들은 Li 5FeO 4물질의 가역 용량이 낮아서 음극 리튬 보충 물질로 사용되며, 이는 리튬 이온 배터리의 첫 번째 효율을 현저히 향상시킵니다.
리 5FeO 4음극 재료로서의 재료는 낮은 가역 용량의 문제를 해결해야하며, 이는 충전 공정에서의 상전이 메카니즘을 이해할 것을 요구한다. 상기 Li 5FeO 4재료의 결정 구조는, 제 1 패널 (B)은 재료의 충 방전 곡선이 두 전압이 첫번째 충전시 3.5V 및 4.0V 인터넷의 근방에 발생 알 수 있으며, 두개의 플랫폼 방전시 충전 및 충전시 리튬의 환원 방전. XRD 분석에서 재료 비가역 상변태 나타내는, 2.2V 및 1.5V로 약 2 개 매우 좁은 전압 고원이 소실되었을 5FeO 4물질 상 변화 과정, 약 3.5V Li 5FeO 42 Li를 재료에서 제거하십시오. +후에, 리 5FeO 4물질의 결정 구조는 안티 플루오 라이트 (anti-fluorite) 구조에서 무질서 한 암염 구조로 바뀌었고, 상기 충전은 4.0V까지 연속적으로 충전되었고, Li +그리고 비선형 암염 구조의 수는 계속 증가하였고, 충전을 계속하면 Li +의 제거량이 계속 증가하고 암염의 구조가 사라지기 시작했다. 마지막으로 XRD 회절 곡선은 부드러운 곡선 , 모든 특성 봉우리도 사라졌습니다.
고해상도 TEM 이미지는 Li가 충전되지 않음을 보여줍니다. 5FeO 4이 재료는 직경이 약 1 μm이고 결정 성이 좋지만, 결국 큰 입자는 충전 완료 후 직경이 약 10 nm 인 더 작은 입자로 변형됩니다.
반응 과정에서 Fe의 원자가에 대한 XANES 분석을 사용하면 3.5V로 충전 될 때 Li 5FeO 4재료가 두 개의 리튬을 빠져 나옴 +, Fe 3+Fe (3 + x) + (x는 약 0.5)로 Li 5FeO 4물질에 반응에 참여할 다른 원소가있다. 그렇지 않으면 Fe의 원자가가이 시간에 증가해야한다. 2. 추가의 충전 과정에서 Fe 원소의 원자가는 상승하지 않고 대신에 감소하는 것처럼 보이며 원소 산화 반응이 일어 났으며 (Li 5FeO 4Fe 원소를 제외한 물질은 O 원소 만 산화 될 수 있습니다.) 또한 충전 과정에서 생성 된 가스 분석 결과 반응 과정에 관여하는 O 원소는 약 3.5V에서 약간의 압력 증가로 4.0V까지 충전됩니다 DEMS 데이터는 3.5V 플랫폼에서 0.1E1이 전자 당 방출되지만 4.0V에서 0.3W가 나타남을 보여줍니다. 2릴리스
분석 후 Chun Zhan은 Li가 5FeO 44 개의 Li +를 빠져 나가는 물질의 반응은 다음 식
Li가 계산되었을 때의 계산 5FeO 4재료가 3.5V로 충전 됨, 부분 O 2-O.로 산화 될 것입니다. -, 1 개의 O- 및 6 개의 Li +Li6-O 공간 구조의 형성, O의이 부분의 추가 충전은 O 0, 이는 전체 반응 과정의 돌이킬 수없는 변화를 가져온다 5FeO 4재료의 가역성, 그것은 충전 전압을 제한해야합니다. 다음 그림은 충전 및 방전 전압은 배터리 충전 및 방전 곡선 사이의 1-3.8V 주기로 제한됩니다 (리 5FeO 4두 압출재 리 +)에 거의 기체가 현재 발생하지 알 수 있지만, 충전 전압이 4.0V로 증가되는 경우. 충전 전압은 3.8V로 제한 될 때, 상대적으로 안정 할 수있는 가스가 많이 생성 성능은 사이클링되지만 4.7V의 충전은 배터리 사이클 성능에 심각한 영향을 미칩니다.
리 5FeO 4아래 그림과 같이 충전시 물질의 상 변화, 충전 전압이 3.8V로 제어되면 충전 과정의 일부 Fe 3+그리고 O 2-Fe로 가역적으로 산화 됨 4+그리고 O -추가 충전시 O -그것은 O.로 더 산화 될 것이다. 0, O 결과 2돌이킬 수없는 용량의 손실을 초래합니다.
Chun Zhan의 연구 작업 Li에 대해 이야기 해 봅시다. 5FeO 4자료의 작동 원리는 깊은 이해를 가지고, 우리가 다른 용도에 따라 조정하자 Li 5FeO 4예를 들어, 리튬 보충 물질로서 물질의 사용은 충전 전압을 4.0V 이상으로 증가시킬 수 있으므로 Li +완전히 탈출하여 리를 만든다. 5FeO 4물질은 그 활동을 잃고 더 이상 후속 반응에 참여하지 않습니다. 5FeO 4물질을 양극 물질로 사용하는 경우, O -가 OO로 더 감소되는 것을 방지하기 위해 충전 전압을 3.8V로 제어해야하므로 용량 손실이 되돌릴 수 없습니다. 5FeO 4이 물질은 물질의 용량과 사이클 성능을 더욱 향상시키기 위해 물질에서 Li6-O 구조를 안정화시키는 방향을 나타냅니다.
