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高容量正极材料是当前第三代高能量密度锂离子

来源:原创    时间:2019-09-02 03:43    浏览量:200 

高容量正极资料是当时第三代高能量密度锂离子电池研讨的热门。
其间由岩盐结构Li2MnO3以及六方层状LiMO2结构单元构成的富锂相纳米复合结构正极资料受到了广泛的重视。
该类资料可逆储锂容量是第一代锂离子电池正极资料LiCoO2的两倍,到达250-300 mAh/g。
现在普遍认为富锂相正极资料如此高的容量与组分中Li2MnO3结构单元的高容量有关(理论容量为458 mAh/g)。
  该资料实践使用现在还需要处理电压衰减、进步倍率特性和循环性等瓶颈技能。
因为富锂相资料微结构杂乱,对其结构演化、电荷转移机理及其与资料功能的联系缺少准确的知道和试验依据。
针对这一现象,清洁动力要点试验室与先进资料与结构剖析试验室、北京散裂中子源靶站谱仪工程中心以及美国布鲁克海文国家试验室协作,对Li2MnO3资料及其作为结构单元在富锂相资猜中的结构演化与电荷转移进行了深入研讨。
  清洁动力试验室汪锐博士生、北京散裂中子源靶站谱仪工程中心何伦华博士、王芳卫研讨员首要选用中子衍射技能确认了Li2MnO3资料的初始结构及化学脱锂后的结构改变,开始确认了脱锂后c轴缩短,Mn原子可能发作位移的现象。
先进资料与结构剖析试验室谷林研讨员进一步选用球差校对透射电镜技能成功地获得了结构中包含轻原子Li的每一种原子占位及堆垛方法的原子级图画。
  在此基础上进一步的准确的调查发现,电化学脱锂后锂离子能够从该资料结构中的Li层和过渡金属LiMn2层一起非均匀脱出,一起Mn能够在过渡金属层内与Li层之间移动。
这纠正了关于层状资料骨架原子一般不会在嵌脱锂过程中违背平衡格点方位、锂离子主要从Li层脱出和过渡金属层过渡金属的存在阻止锂离子脱出的传统知道。
对Li2MnO3资料的研讨还发现,资料在初次充电脱锂后呈现了纳米标准的尖晶石新相。
  此前原位XRD研讨标明尖晶石结构新相一般会在屡次充放电后呈现,而球差电镜的结果标明这一相变从初次充电既已发作,阐明Li2MnO3结构在脱锂过程中不稳定,容易发作改变,新相呈现应该与锂离子脱出导致Mn易于在晶格中移动有关。
新相的呈现是电位下降的实质原因。
这一结构演化的特色也反映在了富锂相资料的反响动力学中。
  美国布鲁克海文国家试验室禹习谦、杨晓青博士与物理所清洁动力试验室吕迎春博士生等协作,选用时刻与能量分辩的同步辐射吸收谱技能,经过比较Ni, Co, Mn元素在富锂资料嵌脱锂过程中的电荷转移、部分结构演化,初次经过试验提醒了影响纳米复合结构富锂相正极资料充放电过程中脱嵌锂速率的瓶颈是Li2MnO3结构单元。
这与之前的球差校对电镜发现Mn会跟着锂的脱出发作位移共同,是室温下较慢的过程。

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