Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Kemi

Dybdeafhængig valensstratificering i en lithium-rig lagdelt katode

en strukturel karakterisering af LirNMC katodemateriale ved XRD og Rietveld forfining. Den indsatte graf viser SEM-billedet af LirNMC-partikler. b Ladning-afladningsprofil og elektrokemiske cyklusdata for LirNMC | |Li metal halvcelle. c Tredimensionel gengivelse af den sammensatte elektrode og forstørrede billeder af nogle få vilkårligt udvalgte LirNMC katodepartikler (paneler I, II, og III). Mesoskala kerne/multi-shell-adskillelsen er tydeligt synlig i alle partiklerne. Fra:Dybdeafhængig valensstratifikation drevet af oxygenredox i lithiumrig lagdelt oxid

Et team af forskere fra Beijing Synchrotron Radiation Facility ved Institute of High Energy Physics ved det kinesiske videnskabsakademi, Stanford Synchrotron Radiation Light Source ved SLAC og Brookhaven National Laboratory brugte synkrotron-baseret nano-opløsning spektro-tomografi til at studere et typisk lithium-rigt nikkel-mangan-cobalt (LirNMC) materiale (dvs. Li 1.2 Ni0. 13 Mn 0,54 Co 0,13 O 2 ) for at visualisere dens flerlagsmorfologi og den kemiske og rumlige afhængighed af oxygenredoxadfærd.

Dette studie, udgivet i Naturkommunikation , afslører, at oxygenredoxen inducerer den dybdeafhængige overgangsmetalvalensstratificering i LirNMC.

Som en højeffektiv energilagringsenhed, Li-ion-batteriet er meget udbredt i elektroniske enheder og elektriske køretøjer. Forskersamfundet har viet en stor indsats for at forbedre den elektrokemiske ydeevne.

LirNMC lagdelt katode er en af ​​de lovende kandidater til Li-ion batteriet på grund af dets højere energitæthed. Imidlertid, den lider af spændingsfald ved cykling. For at overvinde dette problem, det er nødvendigt at forstå mekanismen for denne spændingsfade.

I dette studie, holdet brugte nano-opløsningsspektro-tomografi til at studere LirNMC-materialet på partikelniveau i tre dimensioner. Dette muliggjorde visualisering af materialets unikke flerlagsmorfologi med homogen sammensætning, og den ladningsinducerede dybdeafhængighed af overgangsmetalvalensfordelingen.

Resultaterne af den bløde røntgenresonante uelastiske røntgenspredning (RIXS) og superpartielle fluorescensudbytte (sPFY) viste tydeligt træk ved oxygenredox i den ladede prøve (4,8 V i den første cyklus). Selvom oxygenaktivitet kan øge katodens kapacitet, det vil generere oxygentomgang omkring overgangsmetalkationerne og mindske deres valenser. Dette er grunden til, at overgangsmetalvalensen af ​​LirNMC har en meget anderledes dybdeprofil end den for konventionel NM i ladet tilstand.

Denne undersøgelse fremhæver vigtigheden af ​​materialeteknik på partikelniveau og en dybdeafhængig kompositionsteknisk strategi, hvilket kunne være en levedygtig måde at løse spændingsfadeproblemet i LirNMC katoder.


Varme artikler