Stratificato materiale di ossido di catodo viene ottenuto 300Wh / kg o più materiale chiave avente una densità batteria agli ioni di litio ad alta energia, in particolare un'unità roccia struttura sale Li 2MnO 3Unità e una struttura stratificata esagonale LiTMO 2Stratificato litio arricchito materiale di ossido di manganese catodo (Li formata 1+xTM 1-xO2Oppure può essere scritta come XLI 2MnO 3· (1-x) LIMO 2), Poiché il doppio della prima generazione di ioni di litio materiale catodico batteria LiCoO 2Reversibile capacità di memorizzazione di litio e molta attenzione (fino a 300 mAh / g). Tuttavia, questi materiali un decadimento tensione costante (Voltage dissolvenza) ciclo elettrochimica, un serio ostacolo limitando la loro applicazione pratica. Poiché il manganese litio-ricchi materiali a base hanno una struttura complessa e la composizione chimica, compensazione di carica avviene nei processi elettrochimici complessi accompagnati da cambiamenti strutturali lento, il meccanismo di decadimento tensione è stata la mancanza di conoscenza accurata e prove sperimentali conclusive.
Istituto di Fisica, Accademia Cinese delle Scienze / chiave Laboratorio di Clean Energy Nazionale di Pechino Centro per la materia condensata Gruppo di Fisica E01 socio di ricerca con il dottor Yu Xi Qian Brookhaven National Laboratory negli Stati Uniti Enyuan Hu, un ricercatore Xiao-Qing Yang, Huolin Xin, Argonne Nazionale ricercatori laboratorio giugno Lu, Kahlil ammina e il National Institute of Standards and Technology cooperazione personale di ricerca mediante in situ spettroscopia a raggi X e microscopia elettronica a trasmissione per caratterizzare advanced immagini tridimensionali dello studio dettagliato del litio manganese materiale ossido catodo ricco di assorbente stratificata meccanismi tensione di decadimento (fig. 1), illustra l'ossigeno ione reticolo coinvolti nella reazione di ossidoriduzione associati con l'instabilità della natura e l'influenza di elementi tensione attenuazione di diversa attenuazione della tensione, e le soluzioni corrispondenti. studio recentemente pubblicato in - the "energia naturale" (energia Nature, 2018, 3, 690-698), un articolo intitolato Evoluzione delle coppie redox in Li- e materiali catodici Mn-ricchi e mitigazione di dissolvenza di tensione riducendo rilascio di ossigeno.
Squadra utilizzando sincrotrone spettroscopia di assorbimento di raggi X in combinazione con una simulazione batteria appositamente progettato (Fig. 2), la batteria agli ioni di litio situ studiare litio arricchito materiale di ossido di manganese catodo Layered (Li 1.2Ni 0.15co 0.1Mn 0.55O2) Differente in un meccanismo di reazione redox di cicli di carica e scarica, cationi di metalli di transizione pensano Ni, Co, Mn e anioni ossigeno reticolo durante la partecipazione alle reazioni redox, il contributo capacità di memorizzazione di litio e Evolution (Fig. 3) con il ciclismo elettrochimica si verifica. in cui l'ossigeno reticolo di ione litio partecipare alla grande capacità di stoccaggio contributo reazione ma instabile, Mn e Co con elettrochimica ciclismo attivazione graduale è coinvolto nella reazione elettrochimica (con conseguente attenuazione tensione si riduce) compensazione delle perdite di capacità e la reazione dalla instabilità dovuta alla partecipazione di ossigeno chiaramente i risultati di cui sopra rivelano la natura della correlazione tra la partecipazione di ossigeno reticolo per fornire una ricca meccanismo di reazione ad alta capacità di litio e il materiale a base di manganese tensione decadimento è ulteriormente confermata dal graduale perdita del materiale durante elettrochimica ciclismo tecnologia di imaging TEM ossigeno, e un materiale elettrolitico è risultato reagire con elettrodi di ossigeno viene aumentata perdita di materiale e portare a decadimento tensione più grave (fIG. 4). questo studio indica che l'inibizione di materiali ricchi litio necessario aumentare la tensione attenuando ioni materiale reticolo di ossigeno ad una tensione elevata durante la carica stabilità, e l'effetto di materiali differenti in differenti elementi presenti sul decadimento tensione. questi disegni hanno un alto contenuto informativo Nessuna attenuazione tensione e stabilità strutturale del litio ricchi ossido di litio stratificato materiale catodico idee forniti e base sperimentale. Inoltre, questo è il primo tecniche sperimentali utilizzando radiazione di sincrotrone situ materiale in tempo reale per batterie agli ioni di litio durante la lunga evoluzione valenza ciclo e prestazioni meccanismo di degradazione di lavoro sperimentale. il metodo e il modello sperimentale ha importante valore di riferimento per il futuro dei meccanismi di guasto di pile e materiali batteria lungo ciclo di ciclo di vita.
La radiazione di sincrotrone in grado di fornire una varietà di tecniche sperimentali per meccanismo di reazione non distruttiva dei processi elettrochimici in situ ricerca sui materiali cellulari, Yu Qian Xi e laboratorio di fisica delle energie pulite in cui E01 Task Force team di ricerca è stato impegnato per lo sviluppo di una ricerca della batteria a metodi sperimentali in situ, abbiamo realizzato una serie di studi recentemente invitati e le controparti internazionali del Chemical Research (2018, 51, 290-298) e altre riviste di scrivere una recensione in Recensioni chimici (2017, 117, 13.123-13.186) e account Questo documento introduce il metodo di sincrotrone materiali sperimentali batteria radiazioni. opera più legati è stata focalizzata su programmi D (2016YFA0202500) R & S, la popolazione Fondo innovazione NSFC (51.421.002), Accademia cinese delle Scienze e le Dipartimento centrale Organizzazione centinaia di migliaia di progetti per i giovani supportati.
Figura 1 Li 1.2Ni 0.15co 0.1Mn 0.55O2Viste diverse periferia del carico e di scarico (a) e le curve di carica-scarica (b) voltammogramma ciclico.
Figura 2 Li 1.2Ni 0.15co 0.1Mn 0.55O2elementi diversi in diversi momenti gli spettri di assorbimento di raggi X circonferenziale carica e scarica.
Figura 3 Li 1.2Ni 0.15co 0.1Mn 0.55O2Differente reazione scarico Settimana redox (a) di elementi diversi contributi Week diversa carica e scarica delle capacità; portare (b) elettronico modifica modifica strutturale agli ioni di litio-memorizzazione potenziale; (c) diverso dal metallo di transizione redox sulla differenza di livello tra il decadimento tensione associato.
La figura 4 (a) e (b) una topografia tridimensionale delle particelle dell'elettrodo e dopo ciclismo elettrochimica;. (C) e (d) uno interno particelle materiali ciclici precedenti statistiche distribuzione della dimensione dei micropori, dopo (e) e (f) Ciclo Statistiche di distribuzione della dimensione dei pori micropori interne in particelle di materiale.
