Uma bateria de iões de lítio, para hoje, na duração de acção e modernização constantemente optimizar a estrutura do material de eléctrodo negativo positivo da bateria, a energia específica da bateria ter muito grande aumento da corrente em um alto níquel ternário eléctrodo positivo / silício eléctrodo negativo benção de carbono menor do que a energia da bateria de iões de lítio atingiu cerca 300Wh / kg, a realização inicial do alvo 2020. Entretanto 300Wh / kg de energia específico é quase o limite de sistemas existentes, que pode continuar a aumentar a energia específica do sistema de material de substituição , a partir do actual desenvolvimento tecnológico, o eléctrodo positivo é o mais provável é escolha material rico em lítio, um eléctrodo negativo de material rico aspectos principalmente metálicos Li. capacidade específica de lítio até 250mAh / g ou mais, muito mais elevado do que o material pode ser ternário alcançar 400Wh energia / kg do que o alvo, mas o material rico em lítio sob queda de tensão constante durante plataforma declínio ciclismo, que não só irá resultar em menor energia do que as baterias, mas também afecta o normal funcionamento do sistema de gestão de bateria BMS.
Em estudos anteriores, geralmente acreditava plataforma tensão rico-lítio descida substancial para baixo, principalmente por causa da transição a partir do material para a estrutura em camadas da estrutura em espinela, mas, recentemente, Brookhaven National Laboratory Enyuan Hu (primeiro autor) e Yu Xiqian (autor), que descobriram que pela tecnologia de detecção avançada para a redução dos elementos metálicos de transição de material rico em lítio em circulação de valência, por exemplo, a partir do primeiro elemento de Co Co 3+/4+Mudar para Co 2+/3+, O elemento Mn também é convertido em Mn 3+/ Mn 4+Estes directamente convertido no declínio contínuo para baixo da plataforma de lítio rico tensão materiais, enquanto a perda de O durante a bicicleta pode causar defeitos estruturais, e uma muito grande orifício é formado no interior das partículas de material rico-lítio, o que vai reduzir ainda mais a tensão do material rico em lítio Plataforma O autor acredita que o revestimento e modificação de superfície rica em lítio pode efetivamente reduzir a liberação de O, inibindo assim a queda de tensão durante a circulação de materiais ricos em lítio.
No teste, Enyuan Hu usou um material Li-rico rico em lítio. 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2À medida que o objecto de investigação, o material de malha e as curvas de carga-descarga curva dQ / dV como mostrado na FIG Depois de períodos diferentes, a partir do desenho, pode ser visto claramente com o aumento do número de ciclos, tensão planalto lítio materiais ricos exibem uma diminuição significativa Tendência para baixo.
A fim de analisar o mecanismo de materiais ricos lítio no ciclo a gota queda de tensão, Enyuan Hu analisados material rico em lítio monovalente nas primeiras, 25, 46, 83 ciclos, o material de Ni, Co, Mn e O por ferramentas XAS mudança de estado (como mostrado abaixo), pode ser visto a partir da FIG valência de Ni, Co, Mn três tipos de elementos de metais de transição aumenta à medida que o número de ciclos apresenta clara tendência descendente. alterar S átomos ocorre principalmente nas regiões de bordo dianteiro, que pode ser observado a partir da figura com o número de ciclos aumenta, o bordo frontal da intensidade de pico de átomos de o apresentam tendências decrescentes significativas, indicando que a ligação entre a fase de metal de transição elemento precursor pode ser reduzida com o elemento ó .
análise XAS dos dados semi-quantitativos descritos acima, EnyuanHu obtido 1, 2, 25, a contribuição de diferentes elementos do material rico para a capacidade global do material de lítio (tal como mostrado na Fig. A) 46 e 83 ciclos de, na FIG desde quando vê pela primeira vez o ciclo de Ni o e fornecer a maior capacidade atingiu 128mAh / g e 94mAh / g. no entanto, com a capacidade de circular, elementos de Ni e S fornecidas pelo rápido declínio nos 83 ciclos, elementos S fornecida a capacidade é única 50mAh / g, elemento Ni fornece uma capacidade caiu para 66mAh / g. no entanto, a contribuição dos elementos Mn e Co, mas com o aumento do número de ciclos a capacidade é aumentada, por exemplo Mn primeira descarga, a capacidade oferecida pelo Co 14mAh / ge 26mAh / g, respectivamente, mas com o ciclo para 83 vezes, a capacidade dos dois aumentou para 66mAh / ge 53mAh / g.
É evidente a partir da análise acima, o material rico em lítio em circulação Mn e Co elementos para compensar o aumento da capacidade e perda de capacidade de elementos de Ni a partir de O, de modo que a capacidade global do material rico em lítio não é muito mudança, mas os componentes destas capacidades sofreu mudanças enormes, e a reacção de oxidação-redução de Ni de Mn o sistema de direcção, Co reacção redox alteram significativamente as características de tensão do material rico em lítio. isto pode ser explicado a partir do nível de Fermi do desenho, no início Na época, o nível de Fermi de materiais ricos em lítio é apenas ligeiramente maior do que o Ni 2+/ Ni 3+, A diferença de potencial entre o material e o lítio de metal rico Li é relativamente alta, mas com o progresso do ciclo, a superfície da redução material ó rico-lítio e a precipitação ocorre, fazendo assim com que a valência do elemento de metal de transição é reduzida, e a camada de elemento de Ni superfície é primeiro reduzido, formada na camada de superfície do material é não balance actividade estrutura sal, resultando em reduzida elemento Ni fornece capacidade. Mn e Co e também do princípio que ambos os elementos ocorrer com Mn 3+/ Mn 4+ E Co 2+/ Co 3+Assim, o nível de Fermi é significativamente aumentado, resultando em uma diminuição na tensão de circuito aberto.
Mencionamos acima da superfície do material de bateria de lítio rico-lítio é muito instável no circuito, a fim de analisar superfície rica em lio ciclo de material de mudança estrutural, Enyuan Hu e usando a absorção de raios-x de baixa energia análises, a partir de O K-aresta na FIG. pode ser visto, a intensidade de pico do lado frontal com a redução continuou no número de ciclos aumenta, a causa deste fenómeno pode ter duas, uma estrutura de camada de superfície do material rico em lítio da deterioração da estrutura de sal gema em camadas como o primeiro As duas razões são que a interface de eletrodo de material rico em lítio forma uma camada contendo Li devido à decomposição de eletrólito. 2CO 3Li 2O, LiOH, RCO 2Li e R (OCO 2Li)2Camada inerte, C K-edge análise também encontrou Li na camada superficial de eletrodo de material rico em lítio 2CO 3O conteúdo é significativamente aumentado no ciclo, o que também suporta a análise anterior.
Por imagiologia de AAD-STEM Enyuan Hu encontrado após 15 ciclos, verificou-se um número considerável de grandes pores no interior das partículas de material rico-lítio, e estas grandes poros no material fresco não está presente, de acordo com estimativas ocupados por macroporos alcançou 1,5-5,2% em volume, o que significa que o período rico no material de lio 15 pode ser perdido se a 9% do razões O. para confirmar ainda mais os macroporos acima formadas usando STEM-EELS de partículas de material rico em lítio ser observação, a observação pode ser encontrado nas paredes celulares dos poros abertos para a superfície da partícula de uma camada de espessura de uma estrutura de espinela de sal / rocha, o que sugere que a perda de o e aberturas formadas no processo cíclico estão intimamente relacionados.
Enyuan Hu trabalho mostrou que a principal razão para o ciclo a tensão gota declínio lítio material de estrutura em camadas rico não é convertido a estrutura de espinela e sal de rocha, mas redução sustentada em valência do metal de transição do ciclo. À medida que o número de ciclos aumentando materiais ricos lítio irá continuar a perder o, resultando em elemento de revestimento de Ni é primeiro reduzida para formar uma estrutura de sal de rocha, perda de atividade, acompanhado pela valência reacção de Mn e estado Co continuou a diminuir, o que resulta num material rico em lítio redução contínua tensões plataforma. em resposta a este fenómeno pode ser pensado de revestimentos de superfície e métodos de tratamento de modificação de superfície para reduzir a perda de ciclo de o, o lítio rico Internet suprimir a tensão de material de gota declínio.
