El material tradicional de la batería de iones de litio es principalmente óxido de metal de transición que contiene litio, su capacidad de reproducción depende principalmente de los elementos de metal de transición en el proceso redox para liberar la cantidad de electrones al LiCoO tradicional. 2Materiales, por ejemplo, completamente delitiados cuando se puede transferir 1 mol de electrones, LiCoO 2El peso molecular es de 97.8 g / mol, de acuerdo con la ecuación C 0= 26.8nm / M, se puede calcular LiCoO 2La capacidad teórica del material es 273.8mAh / g, que es un factor clave en la limitación de la capacidad de los materiales de cátodo para jugar es cómo proporcionar más electrones. Puesto que los metales de transición electrónicos pueden proporcionar es limitada, a continuación, uno es capaz de proporcionar una porción de los elementos O electrónico? de hecho, en un material de litio-rica durante la carga elemento O, perder electrones fácilmente oxidados, pero la capacidad resultante es a menudo irreversible, principalmente porque el átomo de O se oxida, a menudo terminan transición O 2Perdido, resultando en una transición de fase irreversible de material rico en litio.
No es difícil ver a partir de la descripción anterior que dejar que el elemento O participe en la reacción del material rico en litio puede proporcionar 1-2 electrones adicionales, duplicando así la capacidad del material rico en litio incluso tres veces. Evita problemas de estabilidad 2-Cambiar a O 2, Resultando en pérdida de capacidad recientemente, el Laboratorio Nacional Argonne de los Estados Unidos Chun Zhan pasó a Li 5FeO 4El mecanismo de reacción del estudio material encontró que el control de voltaje de carga del material a 3.8V, puede lograr O 2-Oxidación reversible, pero no liberará O 2, Y para mejorar aún más Li 5FeO 4La estabilidad del material hizo recomendaciones.
En general, Li 5FeO 4Aunque la capacidad teórica del material es tan alta como 700 mAh / g, es difícil usarlo como material de cátodo debido a su poca reversibilidad, pero algunas personas también usan Li por completo. 5FeO 4La capacidad reversible del material es baja, que se utiliza como material suplementario de cátodo de litio, lo que mejora notablemente la primera eficacia de la batería de iones de litio.
Li 5FeO 4Los materiales como el material del cátodo deben resolver el problema de la baja capacidad reversible, que requiere la comprensión del mecanismo de transición de fase en el proceso de carga. A anterior es Li 5FeO 4La estructura cristalina del material, la figura b es la primera curva de carga y descarga del material, podemos ver que durante la primera carga aparecerá a 3.5V y 4.0V cerca de la plataforma de dos tensiones, y en el proceso de descarga de estas dos plataformas Desapareció, y dos plataformas de voltaje muy estrechas aparecieron cerca de 2.2 V y 1.5 V, lo que indica una transición de fase irreversible del material durante la carga y la descarga. El análisis de XRD redujo la carga de Li. 5FeO 4Proceso de cambio de fase de material, sobre 3.5V Li 5FeO 4Tome 2 Li del material +Después, Li 5FeO 4La estructura cristalina del material cambió de una estructura anti-fluorita a una estructura de sal de roca desorganizada, y la carga se cargó continuamente a 4.0V, y el Li +El número alcanzó 2-2,5, con un crecimiento continuo en la estructura de sal de roca desordenada, cuando se continúa la carga, el número de la eliminación Li + continúa aumentando, un trastorno de estructura de sal de roca comenzó a desaparecer y eventualmente convertirse en amorfo, la curva de difracción XRD en una curva suave , Todos los picos característicos también desaparecieron.
Las imágenes TEM de alta resolución muestran que Li no está cargado 5FeO 4diámetro del material es de aproximadamente 1 uM buena cristalinidad de los gránulos, pero después del final de la última carga, las partículas grandes se convierten a un diámetro más pequeño de las partículas de aproximadamente 10 nm.
Usando el análisis XANES de la valencia de Fe durante el proceso de reacción, se puede encontrar que cuando se carga a 3.5V, Li 5FeO 4Material sale dos Li +, Fe 3+Convertido a Fe (3 + x) + (x es de aproximadamente 0,5), lo que sugiere que Li 5FeO 4Materiales otros elementos que intervienen en la reacción, o bien la valencia de Fe 2 deberían incrementarse aún más en el proceso de carga, la valencia del elemento Fe no va a aumentar, pero no se reduce, lo que también describe otros materiales reacción de oxidación se produce elemento (en Li 5FeO 4Será además de los materiales de O Fe elemento puede ser oxidado). Análisis del gas producido durante la carga también muestra que durante la carga de la O-elemento involucrado en la reacción, en alrededor de 3,5 V, una pequeña cantidad de presión elevada, con cargo a 4.0V cuando la presión de aire se elevará rápidamente. datos DEMS muestran que en el momento de 3.5V cada plataforma electrónica dará lugar a la liberación de 0,1 O2, pero en el momento de 4.0V, cada electrón pueden causar 0,3 O 2Lanzamiento
Después del análisis, Chun Zhan piensa que Li 5FeO 4La reacción del material que sale de cuatro Li + se muestra en la siguiente fórmula
Cálculos encontrados cuando Li 5FeO 4Materiales cargados a 3.5V, parte O 2-Se oxidará a O. -, One O- y Six Li +La formación de la estructura espacial Li6-O, una carga adicional de esta parte de O-se oxidará aún más a O 0, Lo que lleva al cambio irreversible de todo el proceso de reacción 5FeO 4La reversibilidad del material, debe limitar el voltaje de carga. La siguiente figura es la carga y el voltaje de descarga está limitado a 1-3.8 V ciclo entre la carga de la batería y la curva de descarga (Li 5FeO 4Material solo dos Li +), casi no se puede ver gas en este momento, pero se generará una gran cantidad de gas cuando la tensión de carga se eleve a 4,0 V. Cuando el voltaje de carga se limita a 3,8 V, es relativamente estable El rendimiento del ciclo, pero la carga de 4.7V afectará seriamente el rendimiento del ciclo de la batería.
Li 5FeO 4Cambio de fase del material durante la carga como se muestra a continuación, cuando el voltaje de carga se controla a 3.8V, parte del proceso de carga Fe 3+Y O 2-Reversiblemente oxidado a Fe 4+Y O -Cuando se está cargando más, O -Se oxidará más a O. 0, Lo que resulta en O 2, Lo que resulta en una pérdida de capacidad irreversible.
Trabajo de investigación de Chun Zhan Hablemos de Li 5FeO 4El principio de funcionamiento del material tiene una comprensión profunda, nos permite ajustar de acuerdo a diferentes usos Li 5FeO 4El uso de materiales, por ejemplo, como un material de suplemento de litio, el voltaje de carga se puede aumentar a 4.0 V o más, por lo que el Li +Prolapsar completamente y hacer Li 5FeO 4El material pierde su actividad y ya no participa en reacciones posteriores 5FeO 4Cuando el material se utiliza como un material de electrodo positivo, la tensión de carga debe controlarse a 3,8 V para evitar que O - se reduzca aún más a OO, lo que da como resultado una pérdida de capacidad irreversible. 5FeO 4El material indica la dirección: cómo estabilizar la estructura de Li6-O en el material para mejorar aún más la capacidad del material y el rendimiento del ciclo.
