작업 및 업그레이드 기간 오늘날에 리튬 이온 전지는 항상 긍정적 전지 부극 재료의 구조를 최적화하여, 전지의 비 에너지가 높은 니켈 원 양극 / 음극 실리콘 탄소 복 매우 큰 증가 전류가 리튬 이온 전지의 에너지보다 낮다는 300Wh / kg, 2020 그러나 300Wh 비 에너지는 기존 시스템의 거의 한계 / kg, 우리는 여분의 재료 시스템의 비 에너지를 향상시키기 위해 계속해서 타겟의 초기 구현에 대해 도달 현재의 기술 개발로부터, 양극은 대부분 선택 리튬 풍부 물질, 250mAh / g 이상의 최대 부극 주로 금속 측면 리. 특정 용량 리튬이 풍부한 재료이며, 원계 재료보다 훨씬 높은 것이 될 수있다 400Wh / kg의 대상보다 에너지 만 배터리보다 낮은 에너지 발생되지 사이클 감소 플랫폼 동안 일정 전압 강하 하에서 리튬이 풍부한 물질을 달성 할뿐만 아니라, 배터리 관리 시스템 BMS의 정상적인 동작에 영향을 미친다.
일반적으로 다운 때문에 주로 스피넬 구조의 적층 구조로 물질에서 전이 전압의 플랫폼 리튬이 풍부한 물질의 감소 생각되지만 이전 연구에서 최근 브룩 국립 연구소 Enyuan 후 (제 1 저자)과 유 Xiqian (대응 저자) 등은 순환에서 리튬이 풍부한 물질의 천이 금속 원소의 원자가 상태가 계속 감소하는 고급 검출 기술을 통해 발견했다. 3+/4+Co로 변경 2+/3+, Mn 원소도 Mn으로 변환된다 3+/ Mn 4+이러한 사이클 중에 O 손실 구조적 결함을 야기 할 수있는 동안, 리튬이 풍부한 물질 전압 플랫폼 아래로 계속 감소로 직접 변환 및 매우 큰 홀은 상기 리튬이 풍부한 물질의 전압을 감소 리튬이 풍부한 재료 입자의 내부에 형성되고 인터넷. 그 변형 및 리튬 - 풍부 표면 코팅에서 효과적으로 리튬 재료의 감소 풍부한 전압 강하 사이클을 억제 O의 방출을 감소시킬 수있다.
시험에서 Enyuan Hu는 전형적인 리튬이 풍부한 물질 인 Li를 사용했다. 1.2니켈 0.15공동 0.1Mn 0.55O2는 그것이 명확하게 증가 사이클 수, 전압 고원 리튬이 풍부한 물질 전시 상당한 감소로 알 수있는 도면에서 연구 목적의 루프 재료와 충 방전 곡선 dQ를 / DV 곡선으로, 다른 기간 이후에 도시 된 바와 같이 다운 트렌드.
사이클에서 전압 감소 강하 리튬이 풍부한 물질의 기전을 분석하기 위해, Enyuan 후는 제 25, 46, 83 사이클 가의 리튬이 풍부한 물질을 분석 XAS 툴 재료의 Ni, CO, Mn 및 O 상태의 변화 (아래 그림 참조), 사이클 수는 명확 하락세를 제공한다. O 원자를 변경 천이 금속 원소 증가의 3 종류에서 주로 발생의 Ni, CO, Mn은도 가전 자대에서 알 수 전방 에지 영역, 그것은 O, O 원자의 피크 강도의 전방 에지는 전이 금속 원소 전구체 위상 사이의 결합은 원소로 환원 될 수 있음을 나타내는 상당한 감소하는 경향을 나타내주기 수가 증가와 도면으로부터 알 수있다 .
상술 한 반 정량적 데이터 XAS 분석은 EnyuanHu 1, 2, 25을 수득로부터도 46 및 83 사이클 (도. (A)에 도시 된 바와 같이), 리튬 재료의 전체 용량에 대한 부유 물질의 다른 요소의 기여도 먼저 사이클 니켈 O 볼과 주요 용량을 공급할 때 128mAh / g 및 94mAh / g에 도달 하였다. 그러나, 순환 용량으로, 83주기의 급속한 감소에 의해 제공되는 Ni 및 O 원소, O 원소를 구비 용량은 50mAh / g에서는, 니켈 원소는 용량이 66mAh / g로 떨어 제공된다. 그러나, 요소 Mn 및 공동 그러나의 기여 용량이 증가 사이클의 증가, 예를 들면 Mn이 제 1 방전, 공동에 의해 제공되는 용량 그들은 14mAh / g 및 26mAh / g 있었지만, 83 사이클 시간으로 두 용량이 66mAh / g 및 53mAh / g이 증가된다.
이것은 상기 분석으로부터 명백하다 순환 Mn 및 유한 요소 리튬 풍부 물질은 리튬이 풍부한 물질의 전체 용량이 많이 변화되지 않도록, 증가 된 용량 및 O의 요소의 Ni 용량 손실을 보상하지만, 이에 이들 용량 성분 거대한 변화 및 O 스티어링 미네소타에서 니켈의 산화 환원 반응, 공동 산화 환원 반응 크게 리튬이 풍부한 물질의 전압 특성의 변화를 겪고있다. 이것은 초기에, 도면의 페르미 레벨로 설명 될 수있다 당시 리튬 리치 물질의 페르미 준위는 Ni보다 약간 높았다. 2+/ Ni 3+재료 및 금속 리튬이 풍부한 리튬 사이의 전위차가 비교적 높지만 사이클의 진행에 따라, 상기 리튬이 풍부한 물질 O 감소 표면 석출 따라서 천이 금속 원소의 원자가를 감소 원인 발생하여, 표층의 Ni 소자 물질의 표면에 비활성 암염 구조의 층을 형성하여 Ni에 의해 제공되는 용량을 감소 시키며, Mn과 Co의 원리는 또한 Mn이 분리되게하는 원인이됩니다. 3+/ Mn 4+ 그리고 공동 2+/ Co 3+따라서, 페르미 레벨이 상당히 증가하여 개방 회로 전압이 감소하게된다.
우리는 리튬이 풍부한 리튬 이온 전지 재료의 표면에 전술 한 구조적 변화 재료 사이클 리튬 - 풍부 표면 Enyuan 후 분석하기 위하여도 1에 O K 에지로부터 분석 연 X 선 흡수율을 사용하여 루프에서 매우 불안정하다. 알 수있는, 사이클 수가 증가의 지속적인 감소와 전방 측의 피크 강도는,이 현상의 원인은 두 최초로 층상 암염 구조의 붕괴로부터 리튬이 풍부한 물질의 표면 층 구조를 가질 수있다 두 가지 이유는 리튬이 풍부한 물질 전극 계면이 전해질 분해로 인해 Li를 포함하는 층을 형성한다는 것이다. 2콜로라도 주 3, 리 2O, LiOH, RCO 2Li 및 R (OCO 2Li)2불활성 층, C- 엣지 분석은 또한 리튬이 풍부한 물질 전극의 표면층에서 Li를 발견했다. 2콜로라도 주 3이주기에서 콘텐츠가 크게 증가했으며 이는 이전 분석을 지원합니다.
ADF-STEM 촬상 Enyuan 후 15 사이클 후 발견함으로써, 리튬이 풍부한 재료 입자의 내부에 많은 공극의 상당수가 있었다하고 신선한 원료 이러한 큰 기공이 거대 기공이 차지하는 추정에있어서, 존재하지 리튬 재료 (15)의 다양한주기가 더있을 리튬이 풍부한 물질의 입자 STEM-EELS을 사용하여 형성된 상기 거대 확인 이유 O. 9 %까지 손실 될 수 있다는 것을 의미한다 부피 5.2 % -이 1.5에 도달 관찰은 관찰 O 및 순환 처리에 형성된 개구의 손실은 밀접하게 관련되어 있음을 시사 스피넬 / 암염 구조의 두꺼운 층의 입자 표면에 개방 기공의 세포벽에서 발견 될 수있다.
Enyuan 후 작업을 실시한 결과, 전압 강하 감소 리튬 풍부 층상 구조 물질은 스피넬 구조 암염하지만주기 전이 금속 원자가에 지속적 환원으로 변환되지 않은주기 주원인. 사이클 수가 리튬이 풍부한 물질의 증가는 첫 번째 반응의 Mn 원자가 및 Co 상태 동행 암염 구조, 활성의 손실을 형성하도록 감소된다 니켈 소자면 결과 O 잃게 계속하면 플랫폼 전압 지속적인 감소 리튬이 풍부한 물질의 결과로 지속적으로 감소. 이 현상에 대응하여 저자는 표면 손실 및 표면 개질 처리가 사이클 중 O 손실을 감소시키고 리튬이 풍부한 물질의 전압 플랫폼 분해를 억제 할 수 있다고 믿는다.
