El material de cátodo de óxido en capas es el material clave para lograr baterías de iones de litio de alta densidad energética por encima de 300Wh / kg. Especialmente por la unidad estructural de sal de roca Li 2MnO 3Y unidad estructural hexagonal en capas LiTMO 2Se formó material de cátodo de óxido en capas a base de manganeso rico en litio (Li 1+xTM 1-xO2, o puede escribirse como xLi 2MnO 3· (1-x) LiMO 2), porque tiene dos veces el material de electrodo positivo LiCoO de la batería de iones de litio de primera generación 2Reversible capacidad de almacenamiento de litio y mucha atención (hasta 300 mAh / g). Sin embargo, tales materiales un decaimiento tensión sostenida (fade Voltaje) ciclo electroquímico, un importante cuello de botella que limita su aplicación práctica. Dado que el litio manganeso ricos materiales basados tienen una estructura compleja y la composición química, la compensación de carga se produce en procesos electroquímicos complejos acompañados por un cambio estructural lenta, el mecanismo de decadencia de voltaje ha sido la falta de un conocimiento preciso y la evidencia experimental concluyente.
Instituto de Física de la Academia de Ciencias de China / clave Laboratorio de Energía Limpia Centro nacional de Pekín por el investigador asociado de la Materia Condensada Grupo de Física E01 con el Laboratorio Nacional Dr. Yu Xi Qian Brookhaven en los Estados Unidos Enyuan Hu, Yang investigador Xiao-Qing, Huolin Xin, Argonne Nacional investigadores de laboratorio junio Lu, Kahlil amina y el Instituto nacional de estándares y tecnología de cooperación personal de investigación por medio de in situ espectroscopia de rayos X y microscopía electrónica de transmisión para caracterizar imágenes tridimensionales avanzada del estudio detallado de la manganeso y litio material del cátodo de óxido de absorbente rico en Layered mecanismos de decaimiento de tensión (Fig. 1), ilustra el oxígeno enrejado de iones implicados en la reacción de oxidación-reducción asociada con la inestabilidad de la naturaleza y la influencia de los elementos de atenuación de tensión de diferente atenuación de la tensión, y las soluciones correspondientes. el estudio recientemente publicado en - la "energía natural" (energía de la naturaleza, 2018, 3, 690-698), un artículo titulado Evolución de las parejas redox en Li- y materiales de cátodo Mn-ricos y mitigación de fade tensión mediante la reducción de liberación de oxígeno.
espectroscopia de absorción de rayos X del equipo usando sincrotrón en conjunción con una simulación de la batería especialmente diseñada (Fig. 2), la batería de iones de litio situ estudiar litio enriquecido material de cátodo de óxido de manganeso en capas (Li 1.2Ni 0.15co 0.1Minnesota 0.55O2) Diferente en un mecanismo de reacción redox de ciclos de carga y descarga, cationes de metales de transición encontrados Ni, Co, Mn y el anión oxígeno celosía mientras que participa en las reacciones redox, la contribución capacidad de almacenamiento de litio y la evolución (Fig. 3) con el ciclismo electroquímica se produce. en el que el oxígeno del enrejado de iones de litio que participan en la gran capacidad de almacenamiento contribución reacción pero inestable, Mn y Co con el ciclismo activación gradual electroquímico está implicado en la reacción electroquímica (que resulta en una atenuación de tensión se reduce) la compensación de pérdidas de la capacidad y la reacción de la inestabilidad debido a la participación de oxígeno claramente los resultados anteriores revelan la naturaleza de la correlación entre la participación de oxígeno reticular para proporcionar un litio rica mecanismo de reacción de alta capacidad y el material a base de manganeso decadencia de voltaje se confirma además por la pérdida gradual del material durante la tecnología de imágenes TEM ciclismo electroquímica se encontró oxígeno, y un material de electrolito para reaccionar con electrodos de oxígeno se aumenta la pérdida de material y conducir a la caries de tensión más grave (Fig. 4). este estudio indica que la inhibición de materiales ricos litio necesario aumentar la tensión de la atenuación de los iones de material de celosía oxígeno a una alta tensión durante la carga estabilidad, y el efecto de diferentes materiales en diferentes elementos presentes en la decadencia de voltaje. estos diseños tienen un alto contenido de información No atenuación de tensión y la estabilidad estructural del material de cátodo de litio óxido de litio en capas ricas proporcionadas ideas y base experimental. Además, esta es la primera técnicas experimentales utilizando radiación de sincrotrón situ de material en tiempo real para las baterías de iones de litio durante la evolución de valencia ciclo largo y rendimiento mecanismo de degradación del trabajo experimental. el método y el diseño experimental tiene valor de referencia importante para el futuro de los mecanismos de fallo de las baterías y los materiales de la batería de ciclo largo ciclo de vida.
La radiación sincrotrón puede proporcionar una variedad de técnicas experimentales para mecanismo de reacción no destructiva de procesos electroquímicos en la investigación de materiales celulares situ, Yu Qian Xi y laboratorio de física de energía limpia donde equipo de investigación Grupo de Trabajo E01 se ha comprometido con el desarrollo de una investigación de la batería en los métodos experimentales in situ, hemos realizado una serie de estudios recientemente invitados y homólogos internacionales de la Investigación química (2018, 51, 290-298) y otras revistas en escribir un comentario en Chemical Reviews (2017, 117, 13123 hasta 13186) y Cuentas este documento presenta los método de sincrotrón materiales de batería de la radiación experimentales. trabajos más relacionados se ha centrado en el programa D (2016YFA0202500) I +, SNCF población Fondo de la innovación (51421002), la Academia china de las Ciencias y las Organización central del Departamento cientos de miles de proyectos juveniles compatibles.
Figura 1 Li 1.2Ni 0.15co 0.1Minnesota 0.55O2(a) curvas de carga y descarga y (b) curvas de voltametría cíclica para diferentes ciclos de carga y descarga.
Figura 2 Li 1.2Ni 0.15co 0.1Minnesota 0.55O2Espectros de absorción de rayos X de diferentes elementos en diferentes ciclos de carga y descarga.
Figura 3 Li 1.2Ni 0.15co 0.1Minnesota 0.55O2reacción de descarga Semana redox diferentes (A) de diferentes elementos contribución Semana diferente carga y descarga de la capacidad; traer (b) Potencial de ion de almacenamiento electrónico estructural cambio cambio de litio; (c) diferentes de la redox de metal de transición La diferencia de nivel de energía está relacionada con la atenuación de voltaje.
La Fig. 4 (a) y (b) una topografía tridimensional de partículas en el electrodo y después de ciclismo electroquímica; (c) y (d) un internos partículas materiales cíclicos antes de estadísticas de distribución de tamaño de microporo; después (e) y (f) ciclo Estadísticas internas de distribución de tamaño de poro de microporos en partículas de material.
