Возьмите повышение циклической стабильности в богатых литием катодных материалах на основе марганца с помощью разработки интегрированного интерфейса твердое тело-жидкость-газ

Литературная оценка: Повышение циклической стабильности в богатых литием катодных материалах на основе марганца с помощью разработки интегрированного интерфейса твердое тело-жидкость-газ

АвторяинформацияйАстатьяСуммари

В 2022 году группа под руководством профессора Пэн Дунляна и исследователя Се Циншуй из Сямыньского университета разработала метод комплексной модификации поверхности твердого и жидкого газа, в котором предструктурный слой ЦЕИ и дефектная гетероструктура внедряются на поверхность катодного материала на основе марганца с высоким содержанием лития (ЛРМ ), который значительно улучшилась циклоустойчивость материала. Эта работа открыла новую идею по регулированию стабильности поверхности и интерфейса ЛРМ , что играет важную роль в разработке литий-ионных аккумуляторов с высокой плотностью энергии. Профессор Пэн Дунлян и специальный исследователь Се Циншуй из Школы материалов Сямэньского университета являются соответствующими авторами этой статьи, а Го Вэйбинь, докторант Школы материалов Сямэньского университета, является первым автором этой статьи.

Подготовка образцов и тестирование

1. Приготовление исходного катодного материала на основе марганца с высоким содержанием лития ПЛРМ ;

2. Приготовление богатого литием марганцевого катодного материала DLRM с помощью диметилоксалата (DMO );

3. Элементы испытаний: анализ состава, анализ кристаллической структуры, морфологический анализ, анализ электрохимических характеристик, расчет ДПФ , анализ сопротивления электрода (BER1300 -ИЭСТ ), испытание производства газа на месте мягко упакованного электрического сердечника (ГВМ2200 -ИЭСТ ) и т. д.

Анализ результатов

Как показано на рисунке 1, автор обнаружил, что после модификации поверхности/интерфейса ЛРМ с помощью DMO на поверхности вторичных частиц ЛРМ и на поверхности/интерфейсе внутренних первичных частиц может быть сформирован однородный слой предварительной структуры ЦЕИ и дефектная гетероструктура. Слой предструктуры ЦЕИ содержит группу C2O4H2, а дефектные гетероструктуры включают дефекты лития, кислородные вакансии, шпинельные/слоистые гетероструктуры, ТМ-вакансии, дефекты упаковки и т. д.

Рисунок 1. Схематическая диаграмма метода модификации поверхности для интеграции твердых жидких газов, а также морфология и микроструктура модифицированного ЛРМ .

Сравнивая электронное сопротивление материалов на уровне электродного среза до и после модификации (рис. 2), можно обнаружить, что сопротивление электродного среза DLRM меньше, чем ПЛРМ , а сопротивление ионному переносу Rct исходного DLRM равно также меньше, чем ПЛРМ ; После 500 циклов при 1C рост Rct DLRM также был значительно меньше, чем у ПЛРМ . Анализируя причины, можно сказать, что снижение Rct в основном связано с наличием на поверхности дефектных гетероструктур, таких как вакансия лития, кислородная вакансия и вакансия ТМ , которые снижают диффузионный барьер Ли +, в то время как шпинель/слоистые гетероструктуры могут улучшить электронная проводимость и обеспечивают быстрый трехмерный диффузионный канал для Ли +, поэтому DLRM имеет лучшую возможность увеличения.

Анализируя морфологию образца после циркуляции, на поверхности частиц ПЛРМ после циркуляции имеется толстый, шероховатый и растрескавшийся слой ЦЕИ , в то время как слой ЦЕИ на поверхности DLRM явно тонкий и равномерный, что свидетельствует о том, что построенный ЦЕИ слой предварительной структуры и дефектная гетероструктура могут эффективно замедлять коррозию электролита на поверхности материала и избегать некоторых побочных реакций электролита. Чтобы подтвердить степень побочной реакции двух материалов, было проведено испытание на изменение объема на месте на однослойной батарее в мягком корпусе, собранной из двух материалов (рис. 3). Изменение объема в процессе заряда-разряда первого цикла в основном вызвано аэробным осаждением и побочной реакцией на границе раздела. Сравнивая изменение объема двух типов электрических сердечников,

Рисунок 2. Сопротивление электрода ЛРМ и результаты испытаний импеданса ЭИС до и после модификации

Рис. 3. Результаты объемных испытаний на месте мягконабивного электрического сердечника ЛРМ до и после модификации

Результаты электрохимических испытаний показывают (рис. 4), что по сравнению с ПЛРМ зарядовая удельная емкость модифицированного DLRM снижается, а разрядная удельная емкость увеличивается. В основном это связано с тем, что модифицированный DLRM удаляет остаточный источник лития с поверхности материала и формирует дефекты лития и структуры шпинели на поверхности, что эффективно улучшает стабильность поверхности материала, таким образом, получая высокую первую кулоновскую эффективность. Кроме того, DLRM демонстрирует лучшее увеличение и стабильность циклов. После 500 циклов при 1C показатель сохранения емкости DLRM все еще может достигать 83,3%, что значительно выше, чем 72,9% ПЛРМ .

Рисунок 4. Результаты испытаний электрических характеристик ЛРМ до и после улучшения

Краткое содержание

Подводя итог, можно сказать, что метод модификации поверхности интеграции твердого жидкого газа с помощью DMO был использован для введения предварительно структурированного слоя ЦЕИ и дефектной гетероструктуры на поверхность катодного материала на основе марганца с высоким содержанием лития (ЛРМ ), эффективно улучшая стабильность поверхности и структуры ЛРМ , тем самым улучшая его всеобъемлющие электрохимические характеристики. В этой работе представлен простой метод повышения циклической стабильности слоистых катодных материалов, который, как ожидается, будет применяться в промышленном производстве.

Оригиналы документов

Вейбин Го , Инган Чжан , Лян Лин , Вэй Он , Хунфэй Чжэн , Джи Лин , Байшэн Сб , Цюлун Вэй , Лайзен Ван , Циншуй Се и Донг -Лян Пэн Повышение циклической стабильности катодных материалов на основе марганца с высоким содержанием лития путем разработка интегрированного интерфейса жидкость-газ, Нано Энергия 97 (2022) 107201.https ://дои .организация /10.1016/j.наноен .2022.107201  

Рекомендация по испытательному оборудованию, связанному с ИЭСТ

Оборудование I:

Измеритель сопротивления листового электрода: Модель BER1300 (ИЭСТ ), в которой используется метод сопротивления дискового электрода с регулируемым напряжением в двух плоскостях, имеет следующие характеристики:

1. Разделите линии напряжения и тока, устраните влияние индуктивности на измерение напряжения и улучшите точность обнаружения;

2. Дисковый электрод диаметром 14 мм обеспечивает относительно большую площадь контакта с образцом и снижает погрешность испытаний;

3. Непосредственно измерьте продольное сопротивление проникновению реальной части электрода, то есть сумму сопротивления покрытия, контактного сопротивления покрытия и коллекторной жидкости, а также сопротивления коллекторной жидкости;

4. Он может отслеживать изменения сопротивления электродного листа, толщины электродного листа и плотности давления электродного листа в зависимости от давления в режиме реального времени;

5. Приложенное давление можно точно контролировать, чтобы обеспечить согласованность данных испытаний;

Оборудование2:

Монитор объема добычи газа на месте: модель ГВМ2200 (ИЭСТ ), со следующими характеристиками:

1. Электромеханическая концентрическая испытательная система: долгосрочный онлайн-мониторинг на месте с высоким разрешением µL；

2. Реализовать различные температурные условия испытаний: 20 ~ 85 ℃;

3. Специальное тестовое программное обеспечение: собирает и отображает данные системы механических испытаний в режиме реального времени и автоматически рисует кривую изменения объема и кривую электрических характеристик;