リチウムイオン電池における変換材料,鉄フッ素のリチア化中に形成される局所構造の特定:固体NMR,X線 difraktion,ペア分布関数分析の研究

科学分野:

• マテリアルサイエンス 材料科学
• 電気化学 電気化学について
• 固体化学 固体化学

背景:

• カソード材料の構造変化を理解することは,バッテリーの性能を改善するために不可欠です.
• 鉄フッ素は,リチウムイオン電池の高容量カトド材料として有望である.

研究 の 目的:

• Li細胞における電気化学的サイクル中のFeF3の構造的メカニズムを解明する.
• 放電と充電中の中間段階と反応経路を特徴付ける.

主な方法:

• 構造分析のためのX線微分法 (XRD).
• 局所構造の決定のためのペア分布関数 (PDF) 解析.
• マジック・アングル・スピニング・核磁気共振 (MAS-NMR) スペクトロスコーピーは,化学状態と局所環境の分析のためのものです.

主要な成果:

• 放出は2相挿入 (0-0.5 Li) と1相インターキャレーション (0.5-1.0 Li) を経由して進み,ルチル状の局所構造を持つ Li ((0.5) FeF3 を形成する.
• より高いリチア化での変換反応は,超パラマグネティックなFeナノ粒子 (~3nm),LiF,およびLiおよびF豊富な相を形成します.
• 充電には,Feの酸化状態とルチル状の局所構造が増加するインターケラフェーズがあり,放電中介物質に似ています.

結論:

• FeF3は,リチウムイオン電池のサイクル中に挿入と変換反応を含む複雑な構造変化を経験します.
• サイクル中の中間段階の局所構造は,ルチル構造に似ています.
• 深層放電中のナノスケールのFe金属の形成は,バッテリーの性能に影響します.