Forskere afslører kompleks defekt struktur af Li-ion katode materiale

Skoltech-forskere har undersøgt hydroxyl-defekterne i LiFePO ₄ , et meget udbredt katodemateriale i kommercielle lithium-ion-batterier, bidrage til den overordnede forståelse af dette materiales kemi. Dette arbejde vil hjælpe med at forbedre LiFePO ₄ fremstillingsproces for at undgå dannelse af uønskede iboende strukturelle defekter, som forringer dens ydeevne. Artiklen blev offentliggjort i tidsskriftet Uorganisk kemi .

Lithium jernfosfat, LiFePO ₄ , er et pengeskab, stabilt og overkommeligt katodemateriale til Li-ion-batterier, der er blevet meget veloptimeret til praktiske anvendelser på trods af dets lave ledningsevne og medium energitæthed. Alligevel fortsætter videnskabsmænd med at studere de forskellige egenskaber af dette materiale, og især virkningen af ​​dens defekter på den elektrokemiske ydeevne.

"Det er velkendt, at LiFePO ₄ materialer har normalt en betydelig mængde Li/Fe -antisitefejl. Dette er en type punktdefekt, når Li- og Fe -atomer udveksler deres positioner i krystalgitteret. Imidlertid, foran os, ingen havde antaget, at PO ₄ del kan også være defekt-aktiv i dette materiale. Vi opdagede, at PO i nogle tilfælde ₄ anion kan substitueres med fire eller fem OH-grupper, som har en negativ effekt på den elektrokemiske ydeevne af LiFePO ₄ -baserede batterier. Sådanne defekter kaldes OH-defekter eller mere specifikt hydroxyl-defekter af hydrogarnet-typen, "Dmitry Aksyonov, Skoltech Senior Research Scientist og den første forfatter af papiret, forklarer.

Aksyonov, Adjunkt Stanislav Fedotov, og professor Artem Abakumov (CEST), med deres kolleger, brugte en fælles beregningsmæssig og eksperimentel tilgang, der kombinerer tæthedsfunktionel teori og neutrondiffraktion til at studere hydroxyl (OH) defekterne i LiFePO ₄ . De var også i stand til at bekræfte deres resultater eksperimentelt i en LiFePO ₄ prøve.

"Hydrogarnet OH-defekterne er velkendte i geologien, men ikke så meget inden for materialevidenskab. Tilstedeværelsen af ​​OH-defekter i LiFePO ₄ kunne have været forudset meget tidligere ved at drage paralleller med dets strukturelle analoger i olivinmineralgruppen. Derfor, den største takeaway fra vores arbejde er sandsynligvis, at forskere ikke kun skal søge viden inden for deres hjemområde, men også på andre områder, " siger Aksyonov.

Da OH-defekter ikke er trivielle at opdage, kommercielt produceret LiFePO ₄ materialer kan også have dem, han bemærker, og det er vigtigt at have disse forværrede virkninger under kontrol.

"Det enkleste praktiske resultat af denne forskning ville være at gøre en indsats for at ændre synteseproceduren for fuldt ud at eliminere denne type defekter fra LiFePO ₄ materialer. Imidlertid, vores erfaring siger, at det giver meget mindre mening at bekæmpe defekter end at vende dem til vores fordel. Så, historien har alle muligheder for at blive videreført, " tilføjer Stanislav Fedotov.