在富含,LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2 (NMC811) 阴极中使用光谱的动态扩散行为的直接观察
Innes McClelland1,2,3, Samuel G Booth1,2, Nirmalesh N Anthonisamy1,2
1Department of Materials Science and Engineering, The University of Sheffield, Sheffield S1 3JD, United Kingdom.
Chemistry of materials : a publication of the American Chemical Society
|June 19, 2023
概括
操作的子光谱显示,缓慢的表面扩散,而不是散装,导致下一代离子电池阴极的容量损失,如NMC811. 这一发现对于设计改进的离子电池材料至关重要.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 物理 物理学 物理
背景情况:
- 富含的多层氧化物阴极材料,如,,,氧化物 (LiNi0.8Mn0.1Co0.1O2或NMC811),由于其高容量,对下一代离子电池充满希望.
- 然而,这些材料表现出显著的不可逆转的第一循环容量损失,主要归因于低电荷状态下缓慢的Li+扩散动力学.
研究的目的:
- 调查第一个电荷-放电周期期间NMC811阴极中Li+流动性的动力障碍的起源.
- 开发和应用运行离子光谱 (μSR) 作为一种工具,以探测阴极材料的大部分内部的离子在 Å 长度尺度上的扩散.
- 将μSR发现与传统的电化学技术进行比较,例如电化学阻抗光谱 (EIS) 和静电间歇定位技术 (GITT).
主要方法:
- 开发和利用操作型离子光谱 (μSR) 来测量在NMC811中的Li+离子扩散在第一个周期内.
- 使用电化学阻抗光谱 (EIS) 和静电间歇定位技术 (GITT) 进行补充电化学表征.
- 对体积平均的子植入数据的分析,以评估散装Li+的移动性,最大限度地减少表面和接口的影响.
主要成果:
- 操作的μSR测量表明,NMC811中的散装Li+流动性比在完全深度放电时的表面流动性少受影响.
- 这些发现表明,阴极表面的Li+扩散缓慢是不可逆转的第一周期容量损失的主要原因.
- 从μSR核场分布宽度和差异容量之间观察到相关性,这表明μSR对循环诱导的结构变化的敏感性.
结论:
- 缓慢的表面Li+扩散动力学被确定为NMC811阴极中不可逆转的第一循环容量损失的主要贡献者.
- 操作μSR提供了对基本批量Li+离子扩散的独特见解,补充了对表面敏感的电化学方法.
- 该研究强调了μSR作为理解和优化下一代电池材料的强大工具的潜力.
