material de cátodo de óxido em camadas é conseguida 300Wh / kg ou mais material de chave que tem uma densidade de bateria de lítio-iões de alta energia, em especial uma unidade de estrutura de sal gema Li 2MnO 3E unidade estrutural em camadas hexagonal LiTMO 2Camadas lítio enriquecido material de cátodo de óxido de manganês (Li formado 1+xTM 1-xO2ou pode ser escrito como xLi 2MnO 3· (1-x) LiMO 2), Uma vez que o dobro da primeira geração de iões de lítio material do cátodo bateria LiCoO 2capacidade de armazenamento reversível de lítio e muita atenção (até 300 mAh / g). No entanto, tais materiais um decaimento tensão sustentada (desbotamento Voltagem) ciclo electroquímica, um gargalo importante limitando a sua aplicação prática. Uma vez que o lítio manganês-rico materiais à base de ter um estrutura complexa e composição química, de compensação de carga ocorre em processos electroquímicos complexos acompanhados por mudanças estruturais lenta, o mecanismo de deterioração tensão tem sido a falta de um conhecimento preciso e evidência experimental conclusiva.
Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências / Laboratório Chave da Clean Energy Beijing Centro Nacional de Matéria Condensada Grupo de Física E01 pesquisador associado com o Dr. Yu Xi Qian Brookhaven National Laboratory, nos Estados Unidos Enyuan Hu, um Yang pesquisador Xiao-Qing, Huolin Xin, Argonne National investigadores laboratoriais junho Lu, Kahlil amina e o Instituto nacional de normas e tecnologia de cooperação pessoal de pesquisa por meio da in situ a espectroscopia de raios-X e a microscopia electrónica de transmissão para caracterizar imagiologia tridimensional avançada do estudo detalhado do manganês e lítio material de cátodo de óxido-absorvente rico em camadas mecanismos de degradação de tensão (Fig. 1), ilustra o oxigénio ião estrutura envolvidos na reacção de oxidação-redução associada com a instabilidade da natureza e a influência dos elementos de atenuação da tensão de diferente atenuação da tensão, e as soluções correspondentes. o estudo recentemente publicado in - a "energia natural" (Nature energia, 2018, 3, 690-698), um artigo intitulado Evolução de pares redox em Li- e materiais de cátodo Mn-ricos e mitigação de desvanecimento de tensão, reduzindo a liberação de oxigênio.
Equipa usando sincrotrão espectroscopia de absorção de raios-X em conjunto com uma simulação bateria especialmente desenhado (FIG. 2), de iões de lítio in situ estudar lítio enriquecido material de cátodo de óxido de manganês em camadas (Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2) Diferente em um mecanismo de reacção redox de ciclos de carga e de descarga, catiões de metais de transição encontrado Ni, Co, Mn e anião oxigénio da rede durante a sua participação em reacções redox, a contribuição capacidade de armazenamento de lítio e a evolução (Fig. 3) com o ciclismo electroquímica ocorre. em que o oxigénio da rede de iões de lítio que participam na capacidade de armazenamento grande contribuição reacção mas instável, Mn e Co com ciclismo activação gradual electroquímica está envolvido na reacção electroquímica (resultando numa atenuação de tensão é reduzida) de compensação de perda de capacidade e a reacção da instabilidade devido à participação de oxigénio claramente os resultados acima revelam a natureza da correlação entre a participação de oxigénio da rede para fornecer um mecanismo de lítio reacção rico alta capacidade e o material à base de manganês decaimento tensão é ainda confirmada pela gradual perda de material durante a tecnologia de imagem TEM ciclismo electroquímica oxigénio, e um material electrólito foi encontrado para reagir com eléctrodos de oxigénio é aumentada perda de material e levar à deterioração mais severa tensão (fig. 4). este estudo indica que a inibição de materiais ricos lítio necessário para aumentar a voltagem de atenuação iões de material de malha de oxigénio a uma alta tensão durante o carregamento estabilidade, e o efeito de diferentes materiais em diferentes elementos presentes no decaimento de tensão. estes desenhos têm um elevado conteúdo de informação O cátodo de bateria de óxido de lítio rico em lítio com estrutura estável e sem atenuação de tensão fornece idéias e bases experimentais e é o primeiro estudo in-situ em tempo real da evolução do estado de valência de baterias de lítio durante o processo de longa circulação usando a tecnologia experimental de radiação síncrotron. desempenho mecanismo de degradação do trabalho experimental. o método e desenho experimental tem um valor de referência importante para o futuro dos mecanismos de falha de baterias e materiais de bateria de ciclo longo ciclo de vida.
radiação sincrotrão podem proporcionar uma variedade de técnicas experimentais para mecanismo de reacção não destrutivo de processos electroquímicos in situ pesquisa de materiais celulares, Yu Qian Xi e laboratório física de energia limpa, onde equipe de pesquisa Task Force E01 tem sido comprometida com o desenvolvimento de uma pesquisa de bateria em métodos experimentais in situ, fizemos uma série de estudos recentemente convidados e parceiros internacionais do Chemical Research (2018, 51, 290-298) e outras revistas de comentar em Comentários químicos (2017, 117, 13123-13186) e Contas este artigo introduz o método síncrotron bateria materiais radiação experimentais. trabalhos relacionados-MOST tem sido focada em programa D (2016YFA0202500) R &, a população Fundo inovação NSFC (51421002), Academia chinesa de Ciências e da Central Departamento de Organização centenas de milhares de projectos de jovens apoiados.
Figura 1 Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2(a) curvas de carga e descarga e (b) curvas de voltametria cíclica para diferentes ciclos de carga e descarga.
Figura 2 Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2Espectros de absorção de raios X de diferentes elementos em diferentes ciclos de carga e descarga.
Figura 3 Li 1.2Ni 0.15Co 0.1Mn 0.55O2reacção de descarga Semana redox diferente (um) de elementos diferentes contribuição Semana carga e descarga diferente capacidade; trazer (b) alteração alteração estrutural electrónico lítio potencial de armazenamento de iões; (c) diferentes do redox de metal de transição A diferença do nível de energia está relacionada à atenuação da tensão.
A FIG 4 (a) e (b) uma topografia tridimensional de partículas no eléctrodo e depois bicicleta electroquímica;. (C) e (d) um internas partículas materiais cíclicos antes de estatísticas de distribuição de tamanho de microporos; depois (e) e (f) ciclo Estatísticas internas de distribuição de tamanho de microporos em partículas de material.
