Eine Lithium-Ionen-Batterie bis heute in der Wirkungsdauer und Verbesserung ständig die Struktur des positiven Batterie negatives Elektrodenmaterials optimieren, die spezifische Energie der Batterie hat sehr große Zunahme Strom in einem Hochnickel ternärer positive Elektrode / negative Elektrode Silizium-Kohlenstoff-Segen niedriger ist als die Energie der Batterie Lithium-Ionen hat etwa 300Wh / kg, die anfängliche Realisierung des Ziels erreicht 2020 jedoch 300Wh / kg spezifische Energie fast die Grenze der bestehenden Systeme ist, dass wir weiterhin die spezifische Energie des Ersatzmaterials Systems verbessern von der aktuellen technologischen Entwicklung, die positive Elektrode höchstwahrscheinliche Wahl lithiumreiche Material ist, eine negative Elektrode, die hauptsächlich Metall Aspekte Li. spezifische Kapazität Lithium-reiches Material bis zu 250mAh / g oder mehr, weit höher als das ternären Material kann 400Wh / kg Energie als das Ziel erreichen, aber das lithiumreiche Material unter konstantem Spannungsabfall während des Radfahrens Rückgang Plattform, die nicht nur als Batterien in geringerer Energie führt, sondern auch den normalen Betrieb des Batteriemanagementsystemes BMS beeinflussen.
In früheren Studien im Allgemeinen Spannungsplattform lithiumreiche Material Rückgang nach unten vor allem wegen des Übergangs von dem Material auf die Schichtstruktur der Spinell-Struktur geglaubt, aber Brookhaven National Laboratory Enyuan Hu vor kurzem (Erstautorin) und Xiqian Yu (Entsprechende Autorin) et al. Fanden durch fortgeschrittene Detektionstechniken, dass der Valenzzustand von Übergangsmetallelementen in lithiumreichen Materialien im Kreislauf weiter abnimmt, wie das Co-Element aus der ursprünglichen Co. 3+/4+Wechseln Sie zu Co 2+/3+Mn-Element wird auch in Mn umgewandelt 3+/ Mn 4+Diese umgewandelten direkt in den kontinuierlichen Rückgang unten Lithium reiche Materialien Spannungsplattform, während O Verlust während des Radfahrens können strukturelle Defekte verursachen, und ein sehr großes Loch wird in das Innere der lithiumreichen Materialteilchen gebildet werden, die weiter die Spannung der Lithium-reiche Material reduzieren Plattform: Der Autor glaubt, dass eine lithiumreiche Oberflächenbeschichtung und -modifikation die Freisetzung von O wirksam reduzieren kann, wodurch der Spannungsabfall während der Zirkulation von lithiumreichen Materialien verhindert wird.
Im Test verwendete Enyuan Hu ein typisches lithiumreiches Material Li. 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2Als Forschungsobjekt, das Schlaufenmaterial und die Lade-Entlade-Kurven dQ / dV Kurve Nach verschiedenen Perioden in der Figur dargestellt ist, von der Zeichnung ist deutlich mit zunehmender Anzahl von Zyklen zu sehen ist, Spannungsplateau Lithium reiche Materialien zeigen einen deutlichen Rückgang Abwärtstrend.
Um den Mechanismus von Lithium reicher Materialien in dem Zyklus den Spannungsrückgang Tropfen, Enyuan Hu lithiumreiche Material in den ersten, 25, 46, 83 Zyklen, Material Ni, Co, Mn und O durch XAS Tools analysierte einwertiges zu analysieren Zustandsänderung (wie unten gezeigt), aus der Figur Valenz von Ni, Co, Mn drei Arten von Übergangsmetallelementen zunehmen, wenn die Anzahl der Zyklen zeigt klar Abwärtstrend O-Atom verändern treten vor allem zu sehen. in Vorderkantenbereichen, kann es aus der Figur mit der Zahl der Zyklen zunimmt, nimmt die Vorderkante der Spitzenintensität von O-Atome eine signifikante Abnahme Tendenzen anzeigt bemerkt werden, dass die Bindung zwischen dem Übergangsmetallelement-Vorläuferphase kann mit dem Element reduziert werden O .
XAS Analyse der vorstehend beschriebene semi-quantitativen Daten, erhielt EnyuanHu 1, 2, 25, ist der Beitrag verschiedenen Elemente des reichen Materials auf die Gesamtkapazität des Lithiummaterials (wie gezeigt in Fig. A) 46 und 83 Zyklen in Fig aus beim ersten Zyklus des Ni O sehen und die große Kapazität erreicht 128mAh / g und 94mAh / g liefern. jedoch mit der Kapazität zirkulieren, Ni und O Elemente durch die rasche Abnahme in den 83 Zyklen bereitgestellt, O-Elemente vorgesehen die Kapazität beträgt nur 50 mAh / g, bietet Ni Element eine Kapazität 66mAh / g gesunken. jedoch ist der Beitrag der Elemente Mn und Co, aber mit der zunehmenden Anzahl von Zyklen die Kapazität erhöht wird, beispielsweise Mn erste Entladung, die Kapazität durch Co angeboten sie waren 14mAh / g und 26mAh / g, sondern als die Zeit, bis 83 Zyklen werden beide Kapazitäten 66mAh / g und 53mAh / g erhöht.
Es ist offensichtlich aus der obigen Analyse wird das lithiumreiche Material in Umlauf Mn und Co-Elemente für eine erhöhte Kapazität und Kapazitätsverlust der Elemente Ni aus O, zu kompensieren, so dass die Gesamtkapazität des lithiumreichen Materials nicht viel ändern, aber die Komponenten dieser Kapazitäten enorme Veränderungen erfuhr, und die Oxidations-Reduktions-Reaktion von Ni aus O Lenk Mn, Co Redoxreaktion signifikant die Spannungseigenschaften des Lithium-reichen Materials sich ändern. Dies kann zu Beginn von dem Fermi-Niveau der Zeichnung erläutert Zu dieser Zeit ist das Fermi-Niveau von lithiumreichen Materialien nur geringfügig höher als das von Ni 2+/ Ni 3+Die Potentialdifferenz zwischen dem Material und das Metall Lithium reichte Li relativ hoch ist, aber mit dem Fortgang des Zyklus wurde die Oberfläche der lithiumreichen Material O-Reduktion und Ausfällung auftritt, wodurch die Wertigkeit des Übergangsmetallelementes verursacht wird, reduziert, und die Oberflächenschicht Ni-Element Es wird zuerst reduziert, indem eine Schicht inaktiver Steinsalzstruktur auf der Oberfläche des Materials gebildet wird, was zu einer Verringerung der Kapazität führt, die durch Ni bereitgestellt wird. Das Prinzip von Mn und Co bewirkt auch, dass Mn getrennt auftritt. 3+/ Mn 4+ Und Co 2+/ Co 3+Somit wird das Fermi-Niveau signifikant erhöht, was zu einer Abnahme der Leerlaufspannung führt.
Wir bereits erwähnt, der Oberfläche des Lithium-reiche Lithium-Ionen-Batteriematerials ist sehr instabil in der Schleife, um das Strukturänderungsmaterial Zyklus lithiumreiche Oberfläche, Enyuan Hu und unter Verwendung der weichen Röntgenabsorptionsanalysen, aus O-K-Kante in der Figur zu analysieren. kann, ist die Spitzenintensität der Vorderseite mit der fortgesetzten Abnahme der Anzahl der Zyklen zunimmt, ist die Ursache für dieses Phänomen eine Oberflächenschichtstruktur des lithiumreichen Materials aus dem Abklingen der geschichtete Steinsalzstruktur als erstes kann zwei gesehen werden müssen, Die zwei Gründe sind, dass die lithiumreiche Materialelektrodengrenzfläche eine Schicht bildet, die aufgrund einer Elektrolytzersetzung Li enthält. 2CO 3, Li 2O, LiOH, RCO 2Li und R (OCO 2Li)2Inerte Schicht, C K-Kantenanalyse fand auch Li in der Oberflächenschicht der Lithium-reichen Materialelektrode 2CO 3Der Inhalt wird im Zyklus signifikant erhöht, was auch die vorangegangene Analyse unterstützt.
Durch die ADF-STEM-Bildgebungstechnologie Enyuan Hu trat nach 15 Zyklen eine beträchtliche Anzahl von großen Poren in den lithiumreichen Materialpartikeln auf, und diese großen Poren waren in dem frischen Material nicht vorhanden, entsprechend der Berechnung dieser großen Poren. Das Volumen erreicht 1,5-5,2%, was bedeutet, dass das lithiumreiche Material in 15 Zyklen bis zu 9% O verlieren kann.Um die oben erwähnte makroporöse Bildung weiter zu bestätigen, verwendeten die Autoren STEM-EELS, um die lithiumreichen Materialteilchen herzustellen. Beobachtet wurde, dass eine dicke Schicht Spinell / Steinsalzstruktur an den Porenwänden der offenen Poren auf der Oberfläche der Partikel beobachtet wurde, was darauf hinweist, dass die Bildung dieser Poren eng mit dem O-Verlust während des Zyklus zusammenhängt.
Die Arbeit von Enyuan Hu zeigt, dass der Hauptgrund für den Spannungsabfall von lithiumreichen Materialien während des Zyklus nicht der Übergang der Schichtstruktur zur Steinsalz- und Spinellstruktur ist, sondern die kontinuierliche Abnahme des Valenzzustands des Übergangsmetalls während des Zyklus. Zunehmend wird das lithiumreiche Material weiterhin O verlieren, was dazu führt, dass das Ni-Oberflächenelement zuerst unter Bildung einer Steinsalzstruktur reduziert wird, Aktivität verliert und die Valenz von Mn und Co kontinuierlich abnimmt, was zu einer kontinuierlichen Verringerung der Spannungsplattform von lithiumreichen Materialien führt. Als Antwort auf dieses Phänomen glaubt der Autor, dass die Oberflächenverlust- und Oberflächenmodifizierungsbehandlung den O-Verlust während des Zyklus reduzieren und den Abbau der Spannungsplattform des lithiumreichen Materials hemmen kann.
