matériau de cathode d'oxyde en couches est obtenue 300Wh / kg ou plus de matériau clé ayant une batterie lithium-ion à haute densité d'énergie, en particulier une unité de structure de sel gemme Li 2MnO 3Et unité structurelle stratifiée hexagonale LiTMO 2matériau de cathode d'oxyde de manganèse et de lithium enrichi en couches (Li formé 1+xTM 1-xO2, ou peut être écrit comme xLi 2MnO 3· (1-x) LiMO 2), Étant donné que le double de la première génération de matériau de cathode batterie lithium-ion LiCoO 2Réversible capacité de stockage de lithium et beaucoup d'attention (jusqu'à 300 mAh / g). Cependant, ces matériaux une décroissance de tension continue (fondu de tension) cycle électrochimique, un goulot d'étranglement majeur limitant leur application pratique. Étant donné que le riche lithium manganèse des matériaux à base ont une structure complexe et de la composition chimique, la compensation de charge se produit dans les processus électrochimiques complexes accompagnés d'un changement structurel lent, le mécanisme de décroissance de tension a été le manque de connaissances précises et des preuves expérimentales concluantes.
Institut de physique, Académie chinoise des sciences / Laboratoire clé de l'énergie propre de Beijing Centre national de chercheur associé matière condensée Groupe E01 avec le Dr Yu Xi Qian Brookhaven National Laboratory aux Etats-Unis Enyuan Hu, chercheur Xiao-Qing Yang, Huolin Xin, Argonne National chercheurs de laboratoire juin Lu, Kahlil amine et le national Institute of standards et le personnel de recherche technologique coopération au moyen d'in situ par spectroscopie de rayons X et microscopie électronique à transmission pour caractériser l'imagerie tridimensionnelle avancée de l'étude détaillée du matériau de cathode d'oxyde de manganèse de lithium absorbant riche en couches des mécanismes de désintégration de tension (Fig. 1), illustre l'oxygène du réseau d'ions impliqués dans la réaction d'oxydation-réduction associé à l'instabilité de la nature et de l'influence des éléments d'atténuation de la tension d'atténuation différente de la tension, et les solutions correspondantes. l'étude récemment publiée en - « l'énergie naturelle » (énergie Nature, 2018, 3, 690-698), un article intitulé Evolution des couples redox dans Li- et des matériaux de cathode Mn riches et l'atténuation de la décoloration de tension en réduisant la libération de l'oxygène.
L'équipe en utilisant synchrotron spectroscopie d'absorption des rayons X en association avec une simulation de la batterie spécialement conçue (Fig. 2), la batterie lithium-ion situ étudier enrichi en matériau de cathode d'oxyde de manganèse et de lithium en couches (Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2) Différente dans un mécanisme de réaction d'oxydo-réduction des cycles de charge et de décharge, des cations de métaux de transition ont trouvé Ni, Co, Mn et réseau anion d'oxygène tout en participant à des réactions redox, la contribution de la capacité de stockage de lithium et d'évolution (Fig. 3) avec cyclage électrochimique se produit. dans lequel l'oxygène du réseau de l'ion lithium participant à la contribution de la réaction de grande capacité de stockage, mais instable, Mn et Co avec activation progressive de cyclage électrochimique est impliqué dans la réaction électrochimique (conduisant à une atténuation de la tension est réduite) la compensation de la perte de capacité et la réaction de l'instabilité en raison de la participation de l'oxygène clairement les résultats ci-dessus révèlent la nature de la corrélation entre la participation de l'oxygène réseau pour fournir un mécanisme de réaction de lithium de grande capacité riche et la décroissance de la tension matériau à base de manganèse est en outre confirmé par la perte progressive de la matière au cours du cyclage électrochimique technologie d'imagerie TEM l'oxygène, et un matériau d'électrolyte a été trouvé à réagir avec des électrodes à oxygène est une augmentation des pertes de matière et de conduire à la désintégration de tension plus sévère (fig. 4). cette étude indique que l'inhibition de matériaux de lithium riches nécessaire d'augmenter la tension d'atténuation des ions d'oxygène du réseau de matériau à une haute tension pendant la charge La stabilité et les différents éléments du matériau ont des effets différents sur la décroissance de la tension. Pas d'atténuation de la tension et de la stabilité structurelle du lithium riche matériau de cathode d'oxyde de lithium en couches idées fournies et à titre expérimental. En outre, ce sont les premières techniques expérimentales utilisant un matériau en temps réel situ rayonnement synchrotron pour les batteries au lithium-ion au cours de l'évolution de la valence de cycle long et Travaux expérimentaux sur le mécanisme d'atténuation de la performance: cette méthode et cette conception expérimentale ont une valeur de référence importante pour les recherches futures sur le mécanisme de défaillance dans les batteries et les matériaux de batteries en cycle de vie long.
Le rayonnement synchrotron peut fournir une variété de techniques expérimentales pour mécanisme de réaction non destructif des processus électrochimiques in situ la recherche sur les matériaux cellulaires, Yu Qian Xi et laboratoire de physique de l'énergie propre, où l'équipe de recherche E01 Groupe de travail a été engagée dans le développement d'une recherche de la batterie dans les méthodes expérimentales in situ, nous avons fait une série d'études a récemment invité et ses homologues internationaux de la recherche chimique (2018, 51, 290-298) et d'autres journaux à écrire un avis dans Chemical Reviews (2017, 117, 13123-13186) et comptes cet article présente les matériaux de batterie de rayonnement méthode synchrotrons expérimental. travaux liés MOST a été axée sur la recherche et le programme D (2016YFA0202500), NSFC population Fonds d'innovation (51421002), l'Académie chinoise des sciences et le Département de l'Organisation centrale de Cent milliers de projets de jeunes pris en charge.
Figure 1 Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2(a) courbes de charge et de décharge et (b) courbes de voltamétrie cyclique pour différents cycles de charge et de décharge.
Figure 2 Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2Spectre d'absorption des rayons X de différents éléments dans différents cycles de charge et de décharge.
Figure 3 Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2Différentes réactions d'oxydo-réduction de la semaine de décharge (a) des différents éléments Semaine contribution différente capacité de charge et de décharge; faire (b) un changement structurel électronique lithium changement de potentiel de stockage d'ions; (c) différent du redox de métal de transition La différence de niveau d'énergie est liée à l'atténuation de tension.
La figure 4 (a) et (b) une topographie tridimensionnelle de particules dans l'électrode et après cyclage électrochimique;. (C) et (d) une des particules de matière cycliques internes avant les statistiques de distribution de taille de micropore, après (e) et (f) Cycle Statistiques internes sur la distribution de la taille des pores des micropores dans les particules de matériau.
