باتری لیتیوم یون مواد اصلی متعارف برای لیتیوم حاوی گذار اکسید فلزی، وابسته به ظرفیت به بازی مقدار عمده ای از یک عنصر انتشار الکترون فلزات واسطه در فرایند ردوکس، LiCoO معمولی است که 2مواد، برای مثال، قادر به انتقال الکترون 1mol به طور کامل delithiated، از LiCoO است 2وزن مولکولی 97.8g / مول، با توجه به فرمول شیمیایی C 0= 26.8nm / M، LiCoO را می توان محاسبه کرد 2ظرفیت نظری از مواد 273.8mAh / گرم، این است که یک عامل کلیدی در محدود کردن ظرفیت مواد کاتد به بازی این است که چگونه به ارائه الکترون بیشتر است. از آنجا که فلزات واسطه الکترونیکی را تامین می کنند محدود است، پس از آن یکی قادر به ارائه بخشی از عناصر است O الکترونیکی؟ در واقع، در مواد سرشار از لیتیوم در طول شارژ عنصر O، از دست دادن الکترون به راحتی اکسیده، اما ظرفیت نتیجه اغلب غیر قابل برگشت است، عمدتا به دلیل اتم O است اکسیده، اغلب پایان انتقال O است 2این از دست داده است، باعث لیتیوم برگشت ناپذیر انتقال فاز مواد غنی است.
از نظر توصیفی بالا نمی توان گفت که اجازه دادن به عنصر O در واکنش مواد غنی از لیتیم می تواند یک الکترون اضافی 1-2 را فراهم کند، بنابراین ظرفیت مواد غنی از لیتیوم را دو برابر می شود حتی سه بار. اجتناب از مشکلات ثبات 2-تغییر به O 2به تازگی اخیرا باعث کاهش ظرفیت شده است. چون ژان، آزمایشگاه ملی ارگونن ایالات متحده، لی را تصویب کرد 5FeO 4مکانیسم واکنش مطالعه مواد نشان داد که کنترل ولتاژ شارژ با مواد در 3.8V، شما می توانید رسیدن به O 2-اکسیداسیون برگشت پذیر، اما O را آزاد نمیکند 2، و برای بهبود بیشتر لی 5FeO 4ثبات توصیه های مواد ساخته شده است.
به طور کلی، لی 5FeO 4اگر چه ظرفیت تئوری این ماده تا 700 میلی آمپر ساعت بر گرم، سخت است که به عنوان یک ماده کاتد به دلیل برگشت پذیری ضعیف آن استفاده شود، اما بعضی افراد نیز از Li استفاده کامل می کنند 5FeO 4ویژگی های مواد برگشت پذیر ظرفیت پایین، که به عنوان یک مکمل مواد الکترود لیتیوم مثبت استفاده شد، به طور قابل توجهی بهبود بهره وری از باتری لیتیوم یون برای اولین بار.
لی 5FeO 4مواد به عنوان ماده کاتد باید مشکلات کم ظرفیت قابل برگشت، که نیاز به درک در طول شارژ مکانیسم انتقال فاز ترکیب آن حل شود. شکل یک لی است 5FeO 4ساختار کریستالی از مواد، پانل اول ب یک منحنی شارژ و دشارژ از مواد دیده می شود، دو ولتاژ در مجاورت 3.5V 4.0V و اینترنت در طول شارژ اول رخ می دهد، و در هنگام تخلیه از دو سیستم عامل ناپدید شد، وجود دارد که دو فلات ولتاژ بسیار باریک در اطراف 2.2V 1.5V و بوده است، نشان می دهد که فاز غیر قابل برگشت مواد در طول شارژ و دشارژ. آنالیز XRD از کاهش لی در طول شارژ 5FeO 4فرآیند تغییر فاز ماده، حدود 3.5V Li 5FeO 42 لیو را از مواد جدا کنید +بعد، لی 5FeO 4انتقال ساختار بلوری از یک ساختار ضد فلوریت ساختار سنگ نمک نظم است، برای ادامه به شارژ به مجاورت 4.0V، لی کردن +تعداد رسیده 2-2.5، با رشد مداوم در ساختار سنگ نمک نظم، در زمانی که شارژ است، ادامه داد، تعداد حذف لی + همچنان به افزایش، یک اختلال ساختار سنگ نمک شروع به ناپدید می شوند و در نهایت آمورف تبدیل، منحنی پراش XRD به یک منحنی صاف تمام قله های مشخصه نیز ناپدید شدند.
تصاویر TEM با وضوح بالا نشان می دهد، وقتی که لی به اتهام نیست 5FeO 4قطر مواد مورد 1um تبلور خوبی از گرانول است، اما پس از پایان آخرین بار، ذرات بزرگ به قطر کوچکتر از ذرات در حدود 10nm تبدیل شده است.
ظرفیت آهن در این دوره از واکنش های XANES تجزیه و تحلیل شد، می توان در زمان شارژ به 3.5V، لی یافت 5FeO 4ماده خروجی دو لی +، آهن 3+به Fe (3 + x) + (x حدود 0.5)، نشان دهنده لی است 5FeO 4مواد عناصر دیگر درگیر در واکنش، و یا دیگری ظرفیت آهن 2 باید بیشتر در روند شارژ افزایش یافته است، ظرفیت عنصر آهن افزایش نمی یابد، اما کاهش می یابد وجود دارد، که همچنین توصیف مواد دیگر واکنش اکسیداسیون عنصری رخ داده است (در حالی که در Li 5FeO 4در علاوه بر این به مواد از O آهن عنصر را می توان اکسیده) می شود. تجزیه و تحلیل از گاز تولید شده در طول شارژ نیز نشان می دهد که در طول شارژ از O-عنصر باید در واکنش، در حدود 3.5V، مقدار کمی از فشار بالا، به 4.0V شارژ زمانی که فشار هوا به سرعت افزایش می یابد. داده DEMS نشان می دهد که در زمان 3.5V هر پلت فرم های الکترونیکی خواهد به انتشار 0.1 O2 منجر شود، اما در زمان 4.0V، هر الکترون می تواند 0.3 O باعث 2انتشار
پس از تجزیه و تحلیل، چون ژان فکر می کند لی 5FeO 4واکنش ماده خروج از چهار لیو + در فرمول زیر نشان داده شده است
محاسبات هنگامی که لی یافت می شود 5FeO 4مواد با 3.5V بخار، بخش O 2-اکسید شده به O -، یک O- و شش لی +شکل گیری ساختار فضایی Li6-O، اتهام بیشتر این بخشی از O-O به O بیشتر خواهد شد 0، که منجر به تغییر غیر قابل برگشت کل فرایند واکنش می شود 5FeO 4برگشت پذیری مواد، آن را باید ولتاژ شارژ را محدود کنید. شکل زیر این است که ولتاژ شارژ و تخلیه محدود به 1-3.8V چرخه بین شارژ باتری و منحنی تخلیه (Li 5FeO 4تنها دو مواد اکستروژن لی +)، دیده می شود تقریبا هیچ گاز است که در این زمان تولید، اما زمانی که ولتاژ شارژ به 4.0V افزایش یافته است، یک مقدار زیادی از گاز را تولید کند. هنگامی که ولتاژ شارژ به 3.8V محدود، می تواند نسبتا پایدار ویژگی های چرخه، اما عملکرد چرخه شارژ باتری به طور جدی تحت تاثیر قرار خواهد 4.7V.
لی 5FeO 4مواد فرآیند شارژ یک تغییر فاز به عنوان زیر نشان داده شده، هنگامی که ولتاژ شارژ است که در 3.8V کنترل، فرآیند شارژ بخش آهن 3+و O 2-به طور معکوس اکسید شده به Fe 4+و O -هنگام شارژ بیشتر، O -این به O بیشتر اکسید می شود. 0، نتیجه در O 2در نتیجه ریزش غیر قابل برگشت از ظرفیت است.
تحقیق کار توسط چون ژان بحث در مورد لی 5FeO 4مکانیزم کار از مواد درک عمیق، اجازه دهید ما با توجه به متفاوت با استفاده از لی تنظیم 5FeO 4استفاده از مواد، به عنوان مثال به عنوان مواد مکمل لیتیوم، ولتاژ شارژ را می توان به 4.0 و یا بیشتر افزایش داد، به طوری که Li +کاملا پرولاپس و لی 5FeO 4این ماده فعالیت خود را از دست می دهد و دیگر در واکنش های بعدی شرکت نمی کند 5FeO 4هنگامی که ماده به عنوان مواد الکترودهای مثبت مورد استفاده قرار می گیرد، ولتاژ شارژ باید در 3.8V کنترل شود تا از O جلوگیری شود تا به OO کاهش یابد و منجر به از دست دادن ظرفیت غیر قابل برگشت شود. 5FeO 4مواد نشان دهنده جهت - چگونگی ایجاد استحکام ساختار Li6-O در مواد برای افزایش ظرفیت مواد و عملکرد چرخه.
