Una batteria agli ioni di litio ad oggi, la durata d'azione e riqualificazione ottimizzare costantemente la struttura del materiale di elettrodo negativo positivo della batteria, l'energia specifica della batteria ha molto grande aumento di corrente in un alto nichel ternaria elettrodo positivo / negativo silicio elettrodo benedizione carbonio minore dell'energia della batteria al litio ha raggiunto circa 300Wh / kg, la realizzazione iniziale del target 2020. Tuttavia 300Wh / kg energia specifica è quasi il limite dei sistemi esistenti, possiamo continuare a potenziare l'energia specifica del sistema materiale sostitutivo , dagli attuali sviluppo tecnologico, l'elettrodo positivo è più probabile scelta è materiale ricco di litio, un elettrodo negativo materiale ricco aspetti prevalentemente metallici Li. litio specifica capacità fino a 250mAh / go più, di gran lunga superiore rispetto al materiale ternario può essere realizzare 400Wh energia / kg rispetto al bersaglio, ma il materiale ricco di litio sotto caduta di tensione costante durante piattaforma declino della bicicletta, che non solo tradurrà in energia inferiore rispetto alle batterie, ma anche sul normale funzionamento del sistema di gestione della batteria BMS.
In studi precedenti generalmente si crede piattaforma di tensione ricca di litio materiale declino verso il basso soprattutto a causa della transizione dal materiale alla struttura stratificata della struttura spinello, ma di recente Brookhaven Laboratorio Nazionale Enyuan Hu (primo autore) e Xiqian Yu (Autore corrispondente) e altri hanno trovato attraverso tecniche di rilevamento avanzate che lo stato di valenza degli elementi metallici di transizione in materiali ricchi di litio in circolazione continua a diminuire, come l'elemento Co originario della Co. 3+/4+Cambia in Co 2+/3+Anche l'elemento Mn viene convertito in Mn 3+/ Mn 4+Questi direttamente convertito in continuo calo giù piattaforma litio ricco tensione materiali, mentre la perdita O durante la bicicletta può causare difetti strutturali, e un grande foro è formato nell'interno delle particelle di materiale ricco di litio, che ridurrà ulteriormente la tensione del materiale ricco di litio Piattaforma L'autore ritiene che il rivestimento e la modifica della superficie ricchi di litio possano ridurre efficacemente il rilascio di O, inibendo così il decadimento della tensione durante la circolazione di materiali ricchi di litio.
Nel test, Enyuan Hu ha utilizzato un tipico materiale Li ricco di litio. 1.2Ni 0.15co 0.1Mn 0.55O2Come oggetto di ricerca, il materiale ad anellini e la dQ / dV curva curve di carica-scarica come mostrato nella figura Dopo periodi diversi, dal disegno che si vede chiaramente con l'aumentare il numero di cicli, litio plateau tensione ricchi materiali presentano una diminuzione significativa Tendenza al ribasso
Per analizzare il meccanismo di materiali ricchi di litio nel ciclo della caduta di tensione declino, Enyuan Hu analizzato materiale ricco di litio monovalente nei primi, 25, 46, 83 cicli, materiale Ni, Co, Mn e O da strumenti XAS cambiamento di stato (come mostrato sotto), si può vedere dalla figura valenza di Ni, Co, Mn tre tipi di elementi di metalli di transizione come aumenta il numero di cicli presenta chiara tendenza alla diminuzione. cambiate atomi di O si verifica principalmente in zone di bordo anteriore, si può notare dalla figura con il numero di cicli aumenta, il bordo anteriore della massima intensità di atomi di O presentare una significativa tendenza alla diminuzione, indicando che il legame tra la fase di metallo di transizione elemento precursore può essere ridotto con l'elemento O .
analisi XAS dei dati semi-quantitativi sopra descritti, EnyuanHu ottenuta 1, 2, 25, il contributo dei vari elementi del materiale ricco alla capacità complessiva del materiale litio (come mostrato nella figura. A) 46 e 83 cicli, in fig dal quando si vede prima del ciclo Ni O e fornire la capacità maggiore raggiunto 128mAh / ge 94mAh / g. Tuttavia, con la capacità di circolazione, elementi Ni e O forniti dal rapido declino nelle 83 cicli, elementi O forniti la capacità è solo 50mAh / g, elemento Ni fornisce una capacità sceso a 66mAh / g. Tuttavia, il contributo degli elementi Mn e Co ma con il crescente numero di cicli la capacità è aumentata, ad esempio Mn prima scarica, la capacità offerta da Co 14 mAh / ge 26 mAh / g, rispettivamente, ma con il ciclo a 83 volte, la capacità dei due aumentata a 66 mAh / ge 53mAh / g.
È evidente dalla precedente analisi, il materiale ricco di litio in circolazione Mn e Co elementi per compensare maggiore capacità e la perdita di capacità di elementi Ni da O, in modo che la capacità complessiva del materiale ricco di litio non sono molti cambiamenti, ma i componenti di queste capacità ha subito enormi cambiamenti, e la reazione di ossidazione-riduzione di Ni da Mn O sterzo, Co reazione redox modificare significativamente le caratteristiche di tensione del materiale ricco di litio. questo può essere spiegato dal livello di Fermi del disegno, all'inizio A quel tempo, il livello di Fermi di materiali ricchi di litio è solo leggermente superiore a quello di Ni 2+/ Ni 3+, La differenza di potenziale tra il materiale e il litio metallico ricco Li è relativamente alto, ma con l'avanzamento del ciclo, la superficie della riduzione materiale O ricco-litio e precipitazione si verifica, provocando così la valenza dell'elemento metallo di transizione è ridotta, e lo strato elemento Ni superficie viene dapprima ridotto, formato sullo strato superficiale del materiale non è roccia struttura-attività sale, con conseguente riduzione elemento Ni fornisce capacità. Mn e Co e anche il principio che entrambi gli elementi si verificano con Mn 3+/ Mn 4+ E co 2+/ Co 3+Pertanto, il livello di Fermi è significativamente aumentato, risultando in una diminuzione della tensione a circuito aperto.
Abbiamo accennato sopra la superficie dello ione litio e batterie ricchi di litio è molto instabile nel loop per analizzare superficie ricca-litio ciclo materiale a cambiamento strutturale, Enyuan Hu e usando l'assorbimento di raggi X soffici analisi, da O K-edge in fig. si può vedere, l'intensità di picco del lato anteriore con la diminuzione costante del numero di cicli aumenta, la causa di questo fenomeno può avere due, una struttura strato superficiale del materiale ricco di litio dal decadimento della struttura salgemma stratificata come prima due litio materiale ricco perché la decomposizione dell'interfaccia elettrodo elettrolita formato come uno strato contenente Li 2CO 3, Li 2O, LiOH, RCO 2Li e R (OCO 2Li)2strato inerte, C analisi K-edge anche scoperto che il materiale della superficie dell'elettrodo dello strato Li ricco di litio 2CO 3Il contenuto è significativamente aumentato nel ciclo, che supporta anche l'analisi precedente.
Da immagini ADF-STEM Enyuan Hu trovato dopo 15 cicli, c'è stato un considerevole numero di grandi pori all'interno delle particelle di materiale ricco di litio, e queste grandi pori nel materiale fresco non è presente, secondo le stime occupati da macropori esso ha raggiunto l'1,5 - 5,2% in volume, il che significa che la fase ricca in materiale litio 15 può essere perso fino al 9% della ragioni O. confermare ulteriormente macropori suddetti formati usando STEM-EELS di particelle di materiale ricco di litio essere osservazione, osservazione si trova nelle pareti cellulari dei pori aperti alla superficie della particella di uno spesso strato di una struttura spinello sale / rock, suggerendo che la perdita di O e aperture formate nel processo ciclico sono strettamente correlati.
Enyuan Hu lavoro ha dimostrato che il motivo principale per il ciclo la caduta di tensione declino litio ricco materiale struttura stratificata non viene convertito in struttura a spinello e salgemma, ma riduzione sostenuta valenza ciclo di metallo di transizione. Poiché il numero di cicli aumentando materiali ricchi litio continuerà a perdere O, con conseguente superficie dell'elemento Ni viene dapprima ridotto a formare una struttura salgemma, perdita di attività, accompagnata dalla valenza reazione di Mn e stato Co continuato a diminuire, causando un materiale continua diminuzione ricchi di litio tensioni piattaforma. in risposta a questo fenomeno può essere pensato di rivestimenti superficiali e metodi di trattamento di modifica di superficie per ridurre la perdita di ciclo O, Internet litio ricca sopprimere la tensione declino materiale goccia.
