ダイナミック・ストラクチャー・エボリューション・オブ・エクステンシヴ・デリチート・ハイ・ボルトージ・スピネル Li1+Ni0.5Mn1.5O4 x <1.5
Nicola M Jobst1, Neelima Paul2, Premysl Beran3,4
1Accumulators Materials Research (ECM), ZSW Centre for Solar Energy and Hydrogen Research Baden-Württemberg, DE-89081 Ulm, Germany.
Journal of the American Chemical Society
|February 17, 2023
まとめ
コバルトのない高電圧スピネルカソッド材料は,リチウムイオン電池のエネルギー密度を高めます. この研究は,延長された電圧サイクル中の構造変化を詳細に説明することによって,容量減少と電圧の偏化を説明します.
科学分野:
- 材料科学
- 電気化学
- 固体化学
背景:
- 高圧スピネル材料,特にLiNi0.5Mn1.5O4は,先進リチウムイオン電池のための有望なコバルトフリーカトドである.
- これらのスピネルの動作電圧の窓を拡張すると,理論的には比エネルギーが増加しますが,性能の低下につながります.
- 拡張された電圧範囲における容量減少と電圧偏振の原因となる構造的ダイナミクスは,まだ十分に理解されていません.
研究 の 目的:
- LiNi0.5Mn1.5O4の拡張されたリチア化/脱リチア化サイクルにおけるダイナミックな構造的進化を解明する.
- 観測された構造変化と電気化学的性能,特に電圧の極化と容量の消失を相関させる.
- 拡張されたポテンシャルウィンドウで観測されたユニークな電圧プロファイルについて,包括的な説明を提供する.
主な方法:
- 熱力学的性質を研究するために,潜在静的エントロピメトリーを使用した.
- オペラントX線 difraktion (XRD) と中性子 difraktionは,構造変化を in situ で監視するために使用されました.
- リチア化相のニュートロン散射データを分析するために最大エントロピー法が適用された.
主要な成果:
- 2相反応 (立方体から四角形) が約2. 8Vで観察され,二次四角形相 (x > 2) が進化した.
- デリチウム化中にリチウム含有量
= 1.5 で形成される中間立方相. - 中性子 difraktionは,高度にリチウム状態 (2x<2.5) の歪んだ四角形相 (I41amd) でオクタエドール (8a) とテトラエドール (4a) 位を占めるリチウムイオンを発見した.
結論:
- 構造的進化は,相移行とリチウムイオンサイト占有率を含む,観測された電圧ステップ (2.10Vと~3.80V) と1.80V未満の傾斜電圧プロフィールの決定的な説明を提供します.
- これらの構造的ダイナミクスを理解することは,高電圧スピネルカトド材料における容量減衰と電圧極化を緩和するために不可欠です.
- この研究は,より安定的でエネルギー密度の高いコバルトフリーリチウムイオン電池の開発に寄与します.
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