富锂层状阴极中取决于深度的化合价分层

来自科学院高能物理研究所北京同步辐射实验室,SLAC的斯坦福同步辐射光源和布鲁克海文国家实验室的一组科学家使用基于同步加速器的纳米分辨率光谱学来研究典型的富锂-镍-锰-钴(LirNMC)材料(即,锂1.2 NI0。13的Mn 0.54钴0.13 Ò 2)以显现其多层的形态和化学和氧的氧化还原行为的空间依赖性。

这项发表在《自然通讯》上的研究表明,氧氧化还原可诱导LirNMC中深度依赖的过渡金属化合价分层。

锂离子电池作为一种高效的储能设备,广泛应用于电子设备和电动汽车。该研究界一直倾注了极大的努力来改善电化学性能。

LirNMC分层阴极因其较高的能量密度而成为锂离子电池的有前途的候选材料之一。但是,它在循环时会遭受电压衰减的影响。为了克服这个问题,有必要了解这种电压衰减的机理。

在这项研究中,研究小组使用纳米分辨率的断层扫描技术在三个层面上研究了颗粒级的LirNMC材料。这样可以观察到材料具有均匀成分的独特的多层形态,以及电荷诱导的过渡金属价态分布的深度依赖性。

软X射线共振非弹性X射线散射(RIXS)和超部分荧光产率(sPFY)的结果清楚地显示了带电样品中氧氧化还原的特征(第一个循环为4.8 V)。尽管氧活性可以增加阴极的容量,但会在过渡金属阳离子周围产生氧空位并降低其化合价。这就是为什么LirNMC的过渡金属化合价的深度分布与荷电状态下的常规NM的深度分布有很大差异的原因。

这项研究强调了在颗粒级进行材料工程的重要性以及与深度相关的成分工程策略的重要性,这可能是解决LirNMC阴极电压衰减问题的可行方法。

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