O material tradicional da bateria de iões de lítio é principalmente óxido de metal de transição contendo lítio, sua capacidade de jogar depende principalmente dos elementos de metal de transição no processo redox para liberar o número de elétrons para o LiCoO tradicional 2Materiais, por exemplo, completamente delimitados quando capazes de transferir 1mol de elétrons, LiCoO 2O peso molecular é de 97,8 g / mol, de acordo com a equação C 0= 26,8nm / M, LiCoO pode ser calculado 2A capacidade teórica do material é 273.8mAh / g, o que significa que limitar a capacidade do material catódico para desempenhar um fator-chave na forma de fornecer mais elétrons. Embora os elementos de metal de transição possam fornecer elétrons é limitado, então o elemento O pode fornecer parte de De fato, o elemento O em materiais ricos em lítio é muito propenso a perder elétrons durante o carregamento, mas a capacidade resultante é muitas vezes irreversível, principalmente porque os átomos de O oxidados eventualmente mudam O 2Perdido, resultando em transição de fase irreversível de material rico em lítio.
Não é difícil ver a partir da descrição acima que permitir que o elemento O participe da reação do material rico em lítio pode fornecer mais 1-2 elétrons, dobrando assim a capacidade do material rico em lítio, mesmo três vezes. No entanto, Evite problemas de estabilidade 2-Mude para O 2, Resultando em perda de capacidade recentemente, os Estados Unidos Argonne National Laboratory Chun Zhan passou Li 5FeO 4O mecanismo de reação do estudo de material descobriu que o controle de tensão de carga do material a 3.8V, você pode alcançar O 2-Oxidação reversível, mas não liberará O 2E para melhorar ainda mais Li 5FeO 4A estabilidade do material fez recomendações.
Em geral, Li 5FeO 4Embora a capacidade teórica do material seja tão alta quanto 700 mAh / g, é difícil ser usado como material catódico por causa da sua fraca reversibilidade, mas algumas pessoas também usam o Li 5FeO 4A capacidade reversível do material é baixa, que é usada como o material de suplemento de lítio do cátodo, o que melhora notavelmente a primeira eficiência da bateria de iões de lítio.
Li 5FeO 4Os materiais como o material do cátodo devem resolver o problema da baixa capacidade reversível, o que requer a compreensão do mecanismo de transição de fase no processo de carregamento. Acima é Li 5FeO 4A estrutura de cristal do material, a Figura b é a primeira curva de carga e descarga do material, podemos ver que durante a primeira carga aparecerão a 3,5 V e 4,0 V perto da plataforma de duas voltas e no processo de descarga destas duas plataformas Desapareceu e duas plataformas de tensão muito estreitas apareceram perto de 2.2V e 1.5V, indicando a transição de fase irreversível do material durante o carregamento e a descarga. A análise XRD reduziu a carga de Li 5FeO 4Processo de mudança de fase de material, cerca de 3,5V Li 5FeO 4Retire 2 Li do material +Depois, Li 5FeO 4A estrutura cristalina do material mudou de uma estrutura anti-fluorita para uma estrutura de sal de rocha desorganizada, e a carga foi carregada continuamente para 4.0V, e a Li +E o número de estruturas de sal de rocha não ordenadas continuou a aumentar. Quando a carga continuou, a quantidade de Li + removida continuou a aumentar e a estrutura do sal de rocha desordenada começou a desaparecer. Finalmente, a curva de difracção XRD foi transformada em uma curva suave Todos os picos característicos também desapareceram.
As imagens TEM de alta resolução mostram que o Li não está carregado 5FeO 4O material tem cerca de 1 um de diâmetro com boa cristalinidade, mas, eventualmente, as partículas grandes são transformadas em partículas menores com um diâmetro de cerca de 10 nm após a conclusão do carregamento.
Usando a análise de XANES da valência de Fe durante o processo de reação, pode-se descobrir que ao carregar para 3,5 V, Li 5FeO 4Material sai dois Li +, Fe 3+Para Fe (3 + x) + (x é cerca de 0,5), indicando Li 5FeO 4Existem outros elementos no material para participar da reação, caso contrário, a valência do Fe deve ser aumentada neste momento 2. No processo de cobrança adicional, a valência do elemento Fe não aumenta, mas sim parece diminuir, o que também mostra que o outro Reação de oxidação elementar ocorreu (enquanto em Li 5FeO 4O material, exceto o elemento Fe, somente será o elemento O pode ser oxidado.) A análise do gás gerado durante o carregamento também mostra que o elemento O envolvido no processo de reação, em cerca de 3,5 V, um ligeiro aumento de pressão, o carregamento para 4,0 V A pressão aumenta rapidamente. Os dados DEMS mostram que 0.1E1 é liberado por elétron na plataforma 3.5V, mas a 4.0V cada elétron pode causar 0.3 O 2Liberação
Após análise, Chun Zhan pensa Li 5FeO 4A reacção do material que sai de quatro Li + é mostrada na seguinte fórmula
Cálculos encontrados quando Li 5FeO 4Materiais carregados para 3.5V, parte O 2-Será oxidado para O. -, Um O e seis Li +A formação da estrutura espacial Li6-O, a carga adicional desta parte de O-será mais oxidada para O 0, O que leva à mudança irreversível de todo o processo de reação 5FeO 4A reversibilidade do material, ele deve limitar a tensão de carga. A seguinte figura é a carga e a tensão de descarga limitada a um ciclo de 1-3,8V entre a carga da bateria e a curva de descarga (Li 5FeO 4Material apenas dois Li +), você pode ver quase nenhum gás neste momento, mas uma grande quantidade de gás será gerada quando a tensão de carregamento for aumentada para 4,0 V. Quando a tensão de carregamento é limitada a 3.8V, relativamente estável O desempenho do ciclo, mas a carga para 4,7 V afetará gravemente o desempenho do ciclo da bateria.
Li 5FeO 4Mudança de fase do material durante o carregamento conforme mostrado abaixo, quando a tensão de carga é controlada a 3,8 V, parte do processo de carga Fe 3+E O 2-Reversivelmente oxidado para Fe 4+E O -Ao carregar mais, O -Ele será mais oxidado para O. 0, Resultando em O 2, Resultando em uma perda de capacidade irreversível.
Trabalho de pesquisa de Chun Zhan Vamos falar sobre Li 5FeO 4O princípio de funcionamento do material tem um profundo entendimento, permitam-nos ajustar de acordo com diferentes usos Li 5FeO 4O uso de materiais, por exemplo, como material de suplemento de lítio, a tensão de carga pode ser aumentada para 4.0V ou mais, de modo que o Li +Completamente prolapso e faz Li 5FeO 4O material perde sua atividade e já não participa de reações subsequentes 5FeO 4Quando o material é usado como material de eletrodo positivo, a tensão de carga precisa ser controlada em 3.8V para evitar que O - seja ainda reduzido para OO, resultando em perda de capacidade irreversível. 5FeO 4O material indica a direção - como estabilizar a estrutura do Li6-O no material para melhorar ainda mais a capacidade e o desempenho do ciclo do material.
